Lehrbuch der Photometrie [Reprint 2019 ed.] 9783486740974, 9783486740967

Table of contents :
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
I. Kapitel. Physiologisches
II. Kapitel. Das Lambertsche Gesetz
III. Kapitel. Die photometrischen Größen
IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen
V. Kapitel. Lichtstärke, Lichtstrom und mittlere Lichtstärke der Lichtquellen
VI. Kapitel. Wirkung der Reflektoren und Lampenglocken
VII. Kapitel. Die Beleuchtung
VIII. Kapitel. Stationäre Photometer für Laboratorien
IX. Kapitel. Transportable Photometer
X. Kapitel. Photometerspiegel
XI. Kapitel. Hilfsmittel zur Aufnahme der Lichtausstrahlungskurven
XII. Kapitel. Integratoren
XIII. Kapitel. Das Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen
XIV. Kapitel. Selenphotometer
XV. Kapitel. Photometrieren des Gases
XVI. Kapitel. Photometrieren elektrischer Glühlampen
XVII. Kapitel. Photometrieren elektrischer Bogenlampen
XVIII. Kapitel. Photometrieren der Scheinwerfer
Namen- und Sachregister

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Lehrbuch der Photometrie Von

Friedrich Uppenborn weil. Stadtbaurat in Miinrhrn

Nach dem Tode des Verfassers bearbeitet und herausgegeben von

©r.=3ng.

Mit

Berthold Monasoh

2 5 1 in d e n T e x t

gedruckten

Abbildungen

Miinchen und Berlin Druck und Verlag von R . Oldenbourg

1912

Vorwort. Am 25. März 1907 starb Friedrich Uppenboni. den Entwurf

eines Lehrbuchs der Photometrie,

einige Kapitel bearbeitet waren.

Er

von

hinterließ

dem

bereits

Da Uppenborn von den Anfängen

der elektrischen Beleuchtungstechnik an in ständiger Verbindung mit der Photometrie geblieben und

sie durch schöpferische Betätigung

bereichert hat, erschien es wertvoll,

seinen Nachlaß der Nachwelt

zugänglich zu machen. Wenn in der Zeit nach Uppenborns Tode bis zur

Herausgabe

des Werkes die beleuchtungstechnische Photometrie große Fortschritte gemacht hat — die in dem nun vorliegenden Werke voll berücksichtigt worden sind

— so war es Uppenborn noch vergönnt, die

Anfänge dieser Fortschritte mit vorzubereiten. Uppenborns Mitarbeit fehlte in keiner der deutschen Kommissionen, die sich mit der Frage der

Normalisierung

elektrischer Lichtquellen

befaßten

und

seine

reichen praktischen Erfahrungen, tiefen theoretischen Kenntnisse und die W u c h t seiner überzeugenden Beredsamkeit vermochten in entscheidenden Augenblicken zu bewirken, daß die Arbeiten zu einem für die Allgemeinheit nützlichen Ergebnisse führen konnten. In dem Buche ist die Kenntnis der energetischen Grundlagen des Lichtes aus dem Physikunterricht als b e k a n n t vorausgesetzt. Augsburg

im März 1912.

Berthold Monasch.

Inhaltsverzeichnis. I. Kapitel. § 1. § 2. § 3. § 4. § 5. § 6. § 7.

Das menschliche Auge . . Akkomodation Die N e t z h a u t Helligkeitsunterschiede . . Adaption Die E m p f i n d l i c h k e i t f ü r F a r ben Das Purkinjesche P h ä n o m e n

II. Kapitel.

§ 16. §17. § 18. § 19.

1 3 4 6 7 8 10

20 23

26 28

§ 20. F l ä c h e n h e l l e § 21. L i c h t a b g a b e § 22. B e l i c h t u n g

40 43 43

Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

• A. L i c h t e i n h e i t e n.

§ 31. A n d e r e L i c h t e i n h e i t e n . . . 44

Oberflächen .

§ 25. B o u g i e d é c i m a l e § 26. L u f t v e r d ü n n t e

§14. Diffuse Reflexion §15. Keflexionsvermögen . . . .

23

29 | 30 i 30 ' 35

§ 23. Allgemeines § 24. W e i ß g l ü h e n d e

8. Die E m p f i n d u n g der F a r b e 9. E i n f l u ß der ultravioletten S t r a h l e n praktiscJi v e r w e n d e t e r L i c h t q u e l l e n auf das Auge § 10. W i r k u n g der ultraroten Strahlen praktisch verwendeter Lichtquellen . . . .

Die photometrischen Größen.

Übersicht Lichtstrom Lichtstürke Beleuchtung

IV. Kapitel.

§ §

D a s Lambertsche G e s e t z .

S i l . Das Laniberlsche Gesotz. . §12. Selbstleuchteilde Körper. . § 13. D i f f u s i o n d u r c h s c h e i n e n d e r Platten

III. Kapitel.

Physiologisches.

Glühröhren .

46 48 49

§ 27. K e r z e n

49

§ 28. Die C a r c e l l u m p e

50

§ 29. Die I l e f n e r l a m p e

52

§ 30. Die P e n t a n l a m p e

64

70

B. Z w i s c h e n l i c h t q u e l l e n. § 32. Zweck der Zwischenlichtquellen 71 § 33. E i n f a d e n l a m p e § 34. F l e m i n g s N o r m a l g l ü h l a m p e § 35. D o p p e l b ü g e l Normalglühlampe von Uppenborn . . § 36. M e t a l l f a d e n l a m p e n . . . .

73 76 77 79

VI

Inhaltsverzeichnis.

V. Kapitel.

Lichtstärke, Lichtstrom und mittlere Lichtstärke der Lichtquellen.

§ 37. Allgemeines § 38. L i c h t a u s s t r a h l u n g einer punktförmigen Lichtquelle . § 39. Allgemeine F o r m e l f ü r den Lichtstrom § 40. E b e n e s F l ä c h e n e l e m e n t . . § 41. G e b r o c h e n e u n d g e k r ü m m t e Flächen § 42. K ö r p e r mit gleichmäßig leuchtender Oberfläche . . § 43. Z y l i n d e r § 4 4 . Kugel § 45. H a l b k u g e l § 46. Z y l i n d e r m i t h a l b k u g e l f ö r migem Anschluß

VI. Kapitel.

81

§ 47. T a b e l l e 92 § 48. Der p h o t o i n e t r i s c h e K ö r p e r des L i c h t b o g e n s 95 § 49. Die v e r s c h i e d e n e n A r t e n d e r Lichtstärke 97 § 50. E r m i t t l u n g der mittleren Lichtstärken. Analytisches Verfahren 99 § 51. E r m i t t l u n g der mittleren Lichtstärken. Grapihisches Verfahren 100 § 52. R e c h e n s c h i e b e r von W e i n beer 105 § 53. L i c h t s t r o m p a p i e r v o n W o h l auer 106

82 82 83 85 85 87 89 90 94

W i r k u n g der Reflektoren und Lampenglocken.

§ 54. V o r b e m e r k u n g e n 107 § 55. E l e k t r i s c h e G l ü h l a m p e n . . 108 § 56. P e t r o l e u m l a m p e n u n d Spiritusglühlichtlampen . . . . 111

I j |

§ 57. G a s g l ü h l i c h t 117 § 5 8 . R e f l e k t o r e n f ü r B o g e n l a m p e n 118 § 59. Glasglocken f ü r B o g e n l a m pen 119

VII. Kapitel. Die Beleuchtung. A. P u n k l m

ethoden.

§ 60. B e l e u c h t u n g d e r drei H a u p t ebenen . § 61. R e c h n e r i s c h e E r m i t t l u n g d e r llorizontalbeleuchtung von Punkten § 62. G r a p h i s c h e E r m i t t l u n g d e r llorizontalbeleuchtung von Punkten § 63. B e l e u c h t u n g s k u r v e n . . . . § 64. Mittlere Streckenbeleuchtung § 65. Gleichmäßige Streckenbeleuchtung § 66. Mittlere F l ä c h e n b e l e u c h t u n g B. B e u r t e i l u n g

von

C. L i c h t s t r o in m e t h o d e n. 122

124

126 128 130 132 134

Beleuch-

tungen. § 67. N o r m a l i e n

des

Verbandes

Deutscher Elektrotechniker.

137

§ 68. D a s V e r f a h r e n von Zeidler. § 69. Das V e r f a h r e n von Bloch. B e s t i m m u n g d e r initiieren l l o r i z o n t a l b e l e u c h t u n g einer Fläche § 70. D a s V e r f a h r e n von Bloch. B e r e c h n u n g der L i c h t s t ä r k e u n d der B e l e u c h t u n g einzelner Punkte § 71. D a s V e r f a h r e n von I l ö g n e r . Bestimmung der mittleren H o r i z o n t a l b e l e u c h t u n g einer Fläche § 7 2 . D a s V e r f a h r e n von I l ö g n e r . B e s t i m m u n g der M a x i m a u n d M i n i m a der B e l e u c h t u n g . § 73. D a s V e r f a h r e n v o n H ö g n e r . B e s t i m m u n g d e r Ungleichm ä ß i g k e i t der B e l e u c h t u n g

140

141

149

150

156

160

Inhaltsverzeichnis.

VII

E. P r a k t i s c h e

D. B e l e u c h t u n g i n g e s c h l o s senen Räumen. § 74. D i r e k t e B e l e u c h t u n g . . . 160 § 7 5 . I n d i r e k t e B e l e u c h t u n g . . . 166 § 7 0 . N o r d e n s S c h a t t e n t l i e o r i e . . 170

Zahlen werte.

§ 77. E r f o r d e r l i c h e B e l e u c h t u n g v e r s c h i e d e n e r Ö r t l i c h k e i t e n . 177 § 78. Spezifischer V e r b r a u c h verseli i e d e n e r B e l e u c h l u n g s a r t e n 170

VIII. Kapitel. Stationäre Photometer für Laboratorien. § 79. Allgemoines

182

§ 90. P h o t o m e t e r k o p f f ü r zweiäugige Beobachtung von K riil.! § 91. J u s t i e r v o r r i c h t u n g f ü r Pliotometeraufsätzc § 92. Die G e n a u i g k e i t der P h o t o meterablesungen § 93. A b w e i c h u n g e n v o m p h o t o metrischen Grundgesetz . .

A. D i e P h o t o in e L e r k o p f e. § 80. A l t e r e P h o t o m e t e r ( B o u g u e r , Foucault, L a m b e r t , Ritchie) § 81. D a s J o l y - E l s t e r s c h e P h o t o meter § 82. D a s B u n s e n s c h e P h o t o m e t e r § 83. D a s Gleiehheitsphotometer von Luminer und Brodhun §84. DasKontrastphotometervon Luminer und Brodhun . . § 8 5 . Das P h o t o m e t e r von M a r t e n s § 86. Das P h o t o m e t e r von Beelistein § 87. Das F l i i n n i e r p h o t o m e t e r von Sinimance und Abady. . . § 88. Das Kliinnu'i'plioldineler von Beehstein § 89. P l i m n i e r p l i o t o i i i e t e r mit /.wei in der P h a s e v e r s c h o b e n e n Flinimerphanomenen von Beehstein

183 186 186 187

B. D i e

191 192

195 200

C. P h o t, o ni e t e r 1) a n Ph o t o m e t e r r a u S 98. Die P l i o t o n i e t e r b a n k § 99. Dei' P l i o t o m e t e r r a u m

203

209 210 214

Regulierungsmethoden.

§ 94. B e n u t z u n g des p h o t o m e t r i schen G r u n d g e s e t z e s . . . § 95. B e n u t z u n g von r e g u l i e r b a r e n Diaphragmen § 96. Die S e k t o r e n s e h e i b e . . . . § 97. S o n s t i g e R e g u l i e r u n g s - und Srhwäcliungsmethoden

193

205

220 221 223 225

k u n d m. . . . 226 . . . 227

IX. Kapitel. Transportable Photometer. § 100. Allgemoines § 1 0 1 . Das W e b e r s c h e P h o t o m e t e r § 102. D e r B e l e u c h t u n g s m e s s e r v o n Martens § 103. D a s Universalphotoineler v o n B l o n d e l u n d Broca . . § 104. D a s S t r a B e n p h o t o m e t e r von Brodhun

X. Kapitel. § 108. B e s t i m m u n g tionsverluste

XI. Kapitel.

der

§ 105. B e l e u c h t u n g s m e s s e r von P r e e c e u n d T r o t t e r . . . . 247 § 106. B e l e u c h t u n g s m e s s e r von W i n g e n u n d K r i i B . . . . 248 § 107. I ' n i v e r s a l p h o t o m e t e r von Martens 251

230 230 237 241 243

Photometerspiegel.

Absorp-

\

§ 109. W i n k e l s p i e g e l

255

253

Hilfsmittel zur Aufnahme der Lichtausstrahlungskurven.

§ 110. Die L i c h t q u e l l e wegt

wird

§ 111. Die L i c h t q u e l l e steht, f e s t . 262

be257

VIII

Inhaltsverzeichnis.

XII. Kapitel. § 112. L u m e m n e t e r von B l o n d e l . 266 S H:t. t l b r i c h t s c h e Kugel . . . 269

XIII. Kapitel.

Integratoren. I

. . . .

278

Das Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen.

§ 115. Allgemeines

284

C. F l i m m e r n . § 1 2 2 . Die F l i m m e r m e t h o d e . . . 304 § 1 2 3 . U n t e r s u c h u n g e n von Dow 306 § 124. P h y s i o l o g i s c h e s 307

A. D i e M e t h o d e d e r g l e i c h e n Helligkeit. § 1 1 6 . F a r b i g e Mittel §117. Kompensation

285 291

B. D i u M e t h o d e d e r g l e i c h e n S e h s c h ä r f e. §118. Vorbemerkungen 295 § 1 1 9 . M e t h o d e von W e b e r . . . 296 § 120. A p p a r a t e o h n e Yergleichslichtquelle 298 § 1 2 1 . A b h ä n g i g k e i t der S e h s c h ä r f e von d e r F a r b e 301

XIV. Kapitel. § 132. A b s o l u t e sungen

§114. Meridianapparate

L i c h t s t ä r k e n mos-

:

§ 125. E r g e b n i s s e von A s h e . . . 308 § 1 2 6 . D e r h e u t i g e S t a n d . . . . 309

I |

D. S p e k t r o p h o t o m e t r i e . § 127. Spektrophotometer von Vierordt 311 Polarisations-Spektrophotometer 313 § 129. S p e k t r o p h o t o m e t e r m i t L u m m e r - B r o d h u n s c h e i n W ü r f e l 318 § 1 3 0 . K o l o r i m e t e r von I v o s . . . 322 § 1 3 1 . Vergleichszahlen von Yoege 325 § 128.

1

j \

Selenphotometer. § 133. R e l a t i v e Messungen

. . .

328

326

XV. Kapitel.

Photometrieren des G a s e s .

§ 134. B e s t i m m u n g der L i c h t s t ä r ke des O.ases 332

§ 135. B e s t i m m u n g d e r I l e i z k r a f t des Gases 341 § 136. P r ü f u n g v o n Glülikrirpern 348

XVI. Kapitel. Photometrieren elektrischer Glühlampen. § 137. Allgemeines § 138. M e t h o d e der d i r e k t e n Messung § 139. W i n k e l s p i e g e l i n e t l i o d e des Y . D . E . (Alte Y e r b a n d s m e lliode v o n 1897) § 1 4 0 . W i n k e l s p i e g e l i n e t l i o d e von Siemens & H a l s k e . . . . § 141. R o t a t i o n s m e t h o d e . . . . § 142. N e u e V o r s c h r i f t e n des Y. D . E . f ü r die M e s s u n g d e r

354 355 § 143. § 144. 356 § 145. 362 363

§ 146.

mittleren horizontalen L i c h t s t ä r k e von G l ü h l a m p e n (1910) 267 Dauerproben 370 Glühlampenprüfer ohne phot o i n e t r i s c h e E i n r i c h t u n g . . 371 Glühlampenprüfer mit phot o m e t r i s c h e r E i n r i c h t u n g • 371 G l ü h l a m p e n p r ü f e r zur dir e k t e n A b l e s u n g des spezifischen E f f e k t v e r b r a u c h s . 378

Inhaltsverzeichnis. XVII. Kapitel. A.

Photometrieren

Normalien.

IX

elektrischer

Bogenlampen.

§ 152. Glocken

392

§ 147. V o r b e m e r k u n g e n 385 § 148. N o r m a l i e n f ü r B o g e n l a m p e n V.D.E 387 § 149. V o r s c h r i f t e n f ü r die P h o l o metrierung von Bogenlamp e n V. D. E 388

§ 153. P r a k t i s c h e r spezifischer E f feld verbrauch 394

B. E r l ä u t e r u n g e n . § 1 5 0 . I l e m i s p h ä r i s c h e L i c h t s t ä r k e 389 § 1 5 i . B e t r i e b s m ä ß i g e r Z u s t a n d . 391

§ 155. P r ü f u n g des M e c h a n i s m u s u n d der Kohlen ( T e i c h m ü l ler! 398

XVIII. Kapitel.

§ 154. B e a c h t e n s w e r t e s bei VVechs e l s l r o i n b o g e n l a i n p e n . . . 39G C. A n d e r e

Photometrieren

§ 156. S c h e i n w e r f e r 400 § 1 5 7 . A u f n a h m e des P o l a r d i a g r a m m s der B o g e n l a m p e u n d Messung des K r a t c r durchmessers 406 Namen- und

der

Prüfungen.

Scheinwerfer.

§ 158. M e s s u n g d e r V e r l u s t e . . 409 § 1 5 9 . M e s s u n g der B e l e u c h t u n g . 410

Sachregister.

.

. . 412

I. Kapitel.

Physiologisches. Bei der Beurteilung von Licht in der Beleuchtungstechnik hat man zu beachten, daß Licht nicht eine rein physikalische Erscheinung ist, sondern auch in seinen physiologischen Wirkungen betrachtet werden muß. Bei Lichtmessungen kann man daher in letzter Linie die Mitwirkung des menschlichen Auges nicht entbehren. § 1. Das menschliche Äuge. In Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt durch ein normales menschliches Auge dargestellt. Das Augeninnere besteht aus einer wässerigen Flüssigkeit (humor aquaeus) in der vorderen Augenkammer A, der Kr i s t a l l i n s e L und dem G l a s k ö r p e r oder der Glasfeuchtigkeit (humor vitreus), der den übrigen Teil P des Augeninneren ausfüllt. Eine hornige Haut von weißer Farbe, die S e h n e n h a u t oder h a r t e H a u t , umgibt das Augeninnere; der vordere, stärker gekrümmte Teil H dieser Haut ist durchsichtig und heißt H o r n h a u t . Durch die Sehnenhaut tritt der Sehnerv N (nervus opticus) in das Auge ein, welcher die Lichteindrücke dem Gehirn übermittelt. Die Sehnenhaut ist auf ihrer Innenfläche von einer weiteren, aus Verästelungen der Blutgefäße bestehenden Haut umgeben, welche an der Vorderseite des Auges in die R e g e n b o g e n h a u t J (I r i s) übergeht. Diese Regenbogenhaut ist bei verschiedenen Menschen verschieden gefärbt und besitzt in der Mitte eine kreisrunde Öffnung p, die P u p i l l e . Die Sehnenhaut ist in der Gegend, in welcher der Sehnerv N durch sie hindurchtritt, von der N e t z h a u t i ? (retina) bedeckt, welche hauptsächlich Verzweigungen des Augennervs enthält. Die Netzhaut R hat ihre größte Dicke in ihrem der Pupille gegenüberliegenden Teile. An dieser Stelle befindet sich der Uppenborn-Monasch,

Lehrbuch der Photometrie.

1

2

I. Kapitel.

Physiologisches.

g e l b e F l e c k i 7 (macula lutea), in welchem die Mehrzahl der feinen Nervenverästelungen endet. Die Netzhaut ist von einer großen Zahl von mikroskopisch kleinen S t ä b c h e n (bacilli) und Z a p f e n (coni) durchsetzt. Ferner befindet sich auf der Netzhaut der S e h p u r p u r , welcher sich bei einer Lichteinwirkung zersetzt und ini Dunkeln wiederherstellt. Der mittlere Teil des gelben Flecks F ist vertieft und heißt N e t z h a u t g r u b e (fovea centralis). Die Kristallinse L ist ein bikonvexer farbloser Körper, der einen Brechungskoeffizienten von etwa 1,4371 im Mittel besitzt; der Glaskörper besitzt ungefähr den gleichen Brechungskoeffizienten.

Optisch wirkt das Auge wie ein photographisches System, indem es von dem beobachteten Gegenstand ein u m g e k e h r t e s , verkleinertes Bild auf der Netzhaut entwirft. Hierbei wirkt als Linse die Kristallinse L, die sich zwischen den beiden durchsichtigen Flüssigkeiten A und P befindet, welche achromatisch wirken. Als Blende wirkt die Regenbogenhaut J, welche die Vergrößerung oder Verringerung der Pupillenöffnung p gestattet. Das Auge ist ein optisches System von Medien, deren Grenzflächen zentrierte sphärische Flächen sind, deren Mittelpunkte auf derselben Geraden liegen. Das Auge sieht einen Gegenstand dann deutlich, wenn sein Bild auf die Mitte des gelben Flecks zu liegen kommt; will man einen Gegen-

§ 2.

Akkomodation.

3

s t a n d deutlich sehen, so richtet man unwillkürlich das Auge so, d a ß die Mitte des Gegenstandes auf die Mitte des g e l b e n Flecks zu liegen k o m m t . Dies ist die Stelle des d e u t l i c h s t e n Sehens. Die den gelben Fleck u m g e b e n d e n Stellen der N e t z h a u t ergeben n u r eine u n k l a r e Vorstellung von Gestalt u n d F a r b e der v o m Auge b e t r a c h t e t e n G e g e n s t ä n d e u n d dienen m e h r zur Orientierung, nicht z u m s c h a r f e n Sehen. Die E i n t r i t t s s t e l l e A des S e h n e r v e n in das A u g e n i n n e r e ist gegen L i c h t e i n d r ü c k e u n e m p f i n d l i c h (blinder Fleck).

§ 2.

Akkomodation.

U n t e r A k k o m o d a t i o n v e r s t e h t m a n die A n p a s s u n g der optischen Verhältnisse des Auges an die verschiedenen E n t f e r n u n g e n der zu b e t r a c h t e n d e n Gegenstände, also die F ä h i g k e i t des Auges, sowohl von fernen als auch von n a h e n G e g e n s t ä n d e n scharfe Bilder auf der N e t z h a u t zu entwerfen. Das optische S y s t e m des Auges m u ß sich f ü r e n t f e r n t e r vom Auge liegende zu b e t r a c h t e n d e G e g e n s t ä n d e a n d e r s einstellen als für n ä h e r liegende G e g e n s t ä n d e . Will sich z. B. das Auge v o n einem e n t f e r n t liegenden G e g e n s t a n d auf einen n ä h e r liegenden G e g e n s t a n d einstellen, so n i m m t es n a c h Helmholtz 1 ) folgende V e r ä n d e r u n g e n vor. Der D u r c h m e s s e r der Pupille verkleinert sich, der I n n e n r a n d der R e g e n b o g e n h a u t und die Vorderfläche der Kristallinse schieben sich n a c h vorn, wodurch die VorderFig. fläche der Linse s t ä r k e r k o n v e x w i r d ; die H i n t e r f l ä c h e der Linse wird gleichfalls s t ä r k e r k o n v e x , ohne ihre Lage zu ä n d e r n . W ü r d e das Auge diese Ä n d e r u n g e n nicht vorn e h m e n , so w ü r d e das Bild des n ä h e r e n G e g e n s t a n d e s h i n t e r die N e t z h a u t fallen. D a d u r c h aber, d a ß die k o n v e x e r gewordene Linse ein s t ä r k e r e s B r e c h u n g s v e r m ö g e n besitzt, lallt das Bild des n ä h e r e n G e g e n s t a n d e s auf die N e t z h a u t . Im linken Teile der Fig. 2 ist n a c h S c h m i d t - R i m p l e r 2 ) ein Auge im R u h e z u s t a n d , im r e c h t e n Teile in a k k o m o d i e r t e m Z u s t a n d e dargestellt. Weiteres ü b e r A k k o m o d a t i o n siehe S 121. H . von H e l m h o l t z , H a n d b u c h der P h y s i o l o g i s c h e n O p t i k , 2. Aufl. S. 130 ff. Hamburg'1896. 2

S. 43.

) H. S c h m i d t - R i m p l e r , Berlin 1889.

Augenheilkunde

und

Ophthalmoskopie, 1*

4.

Aufl.

4

I. Kapitel.

§ 3.

Physiologisches.

Die Netzhaut.

In Fig. 3 ist die Netzhaut (oder der Augengrund) eines normalen, gesunden Auges nach Axenfeld 1 ) dargestellt. Sie ist eine rötliche Fläche, die von Blutgefäßen durchsetzt ist. Man erkennt deutlich den blinden Fleck N, in welchen der Sehnerv eintritt. Die Eintrittsstelle des Sehnervs besitzt einen Durchmesser von etwa 1,8 mm. Die Eintrittsstelle des Sehnervs heißt deshalb blinder Fleck, weil sie ohne Lichtempfindung ist; sie ist f r e i v o n S t ä b c h e n u n d Z a p f e n . Die Blutgefäße gehen von einer Stelle aus, die heller als ihre Umgebung ist. Man erkennt ferner in Fig. 3 den gelben Fleck F, den P u n k t , mit dem am schärfsten gesehen wird. Der gelbe Fleck stellt sich als eine dunklere Scheibe dar mit einem helleren Mittelpunkt, der Netzhautgrube. An der Netzhautgrube (fovea centralis) sieht man keine Blutgefäße, doch erkennt man, daß sie sich ihr nähern. Der Durchmesser der Netzhautgrube beträgt etwa 1 bis 1,5 mm. Die Netzhautgrube enthält n u r Z a p f e n , keine Stäbchen. Hieraus schließt man, daß die Zapfen zum Sehen geeigneter sind als die Stäbchen. Fig. 3. Die Stäbchen und Zapfen liegen in der unteren Schicht der Netzhaut, also in der vom Augeninneren entferntesten Schicht, so daß das Licht die ganze Dicke der Netzhaut zu durchdringen hat, bevor es zu den Stäbchen und Zapfen gelangt. Einen Schnitt durch die Netzhaut zeigt schematisch Fig. 4 nach Claus 2 ). Die innere an den Glaskörper angrenzende Schicht Li (Limitans interna) besteht aus Nervenfasern Nf, in welche der Sehnerv ausstrahlt. Dann folgt die Ganglienzellenschicht Gz, die innere retikuläre ( / . re), die innere Körnerschicht (J. K), die äußere retikuläre (Ae. re) und die äußere Körnerschicht (Ae. K) und endlich die durch die limitans externa (L. e) abgegrenzte Schicht der Stäbchen und Zapfen (S. Z), x ) Th. Axenfeld, Lehrbuch der Augenheilkunde. Jena 1909 bei Gustav Fischer. 2 ) C. Claus, Lehrbuch der Zoologie, 4. Aufl. S. 76. Marburg 1887 bei Elwert.

§ 3.

Die Netzhaut.

5

auf welche noch eine Pigmentschicht (L. p) folgt. Die Stäbchen und Zapfen bestehen aus einem Außenglied und einem Innenglied. Die Außenglieder der Stäbchen enthalten während des Lebens einen roten Farbstoff, den N e t z h a u t p u r p u r . Die Stäbchen sind 0,04 bis 0,06 mm hoch und 0,0016 bis 0,0018 mm breit. Die Zapfen haben eine flaschenförmige Gestalt. Der Durchmesser eines Zapfens im gelben Fleck beträgt 0,002 bis 0,0025 mm. Die Stäbchen sitzen zu vielen gemeinschaftlich an einer Faser des Sehnervs; nach Landois 1 ) gehören zu jeder Faser des Sehnervs etwa 100 Stäbchen und 7 bis 8 Zapfen. Den Zapfen der Netzhautgrube kommt je eine besondere Nervenleitung zu. Im ganzen besitzt der normale Mensch etwa 113 Millionen Stäbchen und 7 Millionen Zapfen: etwa 4000 Zapfen sitzen in der Netzhautgrube und 8000 bis 13 000 auf dem gelben Fleck. Die Stäbchen und Zapfen stellen die lichtempfindliche Schicht der Netzhaut dar. Die Stäbchen und Zapfen sind über die Netzhaut nicht gleichmäßig verteilt. Die Fig. 5 und 6 stellen nach Tigerstedt 3 ) Schnitte durch die menschliche Netzhaut dar. Man erkennt eine mosaikFig. artige Fläche; die kleineren Kreise sind die Stäbchen, die größeren Doppelkreise die Zapfen. Der Fig. 5 entspricht die Anordnung der Stäbchen in den meisten Teilen der Netzhaut, der Fig. 6 entspricht die Anordnung in der Nähe der Netzhautgrube. Man sieht, daß hier mehr Zapfen vorhanden sind. Während sich in der Netzhautgrube nur Zapfen befinden, kommen an den peripherischen Stellen der Netzhaut Stäbchen und Zapfen vor, am äußersten Rande der Netzhaut befinden sich mehr Fig Fig. 6. L. Landois, Lehrbuch der Physiologie des Menschen. S. 843. Wien 1887 bei Urban und Schwarzenberg. 2 ) R . Tigerstedt, Lehrbuch der Physiologie des Menschen, Aufl. Bd. 2. S. 196. Leipzig 1908 bei S. Hirzel.

6

I. Kapitel.

Physiologisches.

S t ä b c h e n als Zapfen. Die Innenglieder der Zapfen verkürzen sich unter der Einwirkung des Lichtes und verlängern sich im Dunkeln. Auch an den Stäbchen-Außen- und Innengliedern beobachtet man Bewegungserscheinungen, wobei auch die äußeren Körner ihre Gestalt ändern. Die W ä r m e soll dem L i c h t e ähnlich wirken 1 ).

§ 4.

Helligkeitsunterschiede.

Das Auge k a n n sich verschiedenen Helligkeitsgraden des Lichtes, von welchem es getroffen wird, anpassen, indem der Durchmesser des Lichtstroms, der durch die Pupille ins Auge gelangt, dadurch geändert wird, daß die Pupillenöffnung sich selbsttätig verändert. Bei schwacher Beleuchtung ist die Pupille weit geöffnet, bei starker Beleuchtung ist sie nur eng geöffnet. Der Pupillendurchmesser ist jedoch nicht für dieselbe Beleuchtung bei allen Personen gleich, sondern individuell verschieden. T r i t t man aus der Dunkelheit in ein hell beleuchtetes Zimmer, so fühlt man sich zunächst geblendet. Der Augennerv ermüdet und wird weniger empfindlich: gleichzeitig wird die Pupillenöffnung kleiner, und das Auge gewöhnt sich allmählich an die Helligkeit. B e i zwei v e r s c h i e d e n s t a r k e n Lichtquellen, die man nacheinander b e t r a c h t e t , ist man mit Hilfe des Auges nicht imstande, anzugeben, in welchem Verhältnis die Lichtstärken der beiden Lichtquellen zueinander stehen, da die E r m ü d u n g des Augennervs und die Pupillenöffnungsveränderung keine quantitative Beziehung zu der Lichtstärkenänderung in der Zeiteinheit ergeben. Das Auge ist wohl befähigt, anzugeben, daß es diese Lichtquelle als stärker empfindet als jene, vermag aber nicht anzugeben, in welchem exakten Verhältnis die Stärken der Lichtempfindungen zueinander stehen. Hingegen ist das Auge wohl imstande, anzugeben, daß zwei beleuchtete Flächen g l e i c h hell sind. Auf dieser Eigenschaft des Auges beruht eine große Anzahl photometrischer Meßmethoden, indem auf irgendeine Weise die von zwei verschieden starken Lichtquellen ausgehende Lichtstrahlung derart beeinflußt wird, daß das Auge zu entscheiden hat, ob die von beiden Lichtquellen an irgendeiner Stelle hervorgebrachte Beleuchtung gleich geworden ist. Hierbei ist es notwendig, die geringsten Helligkeitsunterschiede zu kennen, welche das menschliche Auge noch wahrnehmen k a n n . L a n d o i s a. a. O.

S.

882.

§ 5.

Adaption.

7

Ändert m a n von zwei gleich hell beleuchteten Flächen die Beleucht u n g der einen Fläche um einen ganz kleinen Betrag, so wird das Auge zunächst noch keine Änderung der Beleuchtung wahrnehmen, sondern die Flächen noch als gleich hell beleuchtet empfinden; wird die Änderung der Beleuchtung jetzt größer, so beginnt das Auge den Unterschied der Beleuchtung zu bemerken, es tritt nach Fechner die E m p f i n d u n g eines Helligkeitsunterschiedes über die S c h w e l l e des Bewußtseins. Die Größe der Helligkeitsänderung, deren es bedurfte, daß die Helligkeitsänderung empfunden wurde, nennt man U n t e r s c h i e d s s c h w c 11 c oder U n t e r s c h i e d s s c h w e l l e n w e r t . Die Unterschiedsschwelle ist keine konstante Größe, sondern hauptsächlich von der absoluten Größe der Helligkeit e abhängig. Die Empfindungsstärke E ist mit der Helligkeit e durch ein logarithmisches Gesetz, das Fechnersche Empfindungsgesetz, verbunden. Es gilt E = c • log -e j - , o wobei c eine Konstante und e0 den Beizschwellenwert bedeutet. Der R e i z s c h w e l l e n w e r t stellt die zur W a h r n e h m u n g einer E m p findung ü b e r h a u p t notwendige geringste Helligkeit dar. Ein Wechsel der Beleuchtung von 1 Lux auf 1000 Lux ist demnach 1000mal größer als ein Wechsel der Beleuchtung von 1 Lux auf 2 L u x ; der Unterschied in der Empfindung ist jedoch im ersten Fall log 1000 = 3,0, also nur lOmal größer als der Unterschied der Empfindung im zweiten Falle, wo er log 2 = 0,301 ist. Die Empfindlichkeit des Auges ist nicht die gleiche bei verschieden großer absoluter Helligkeit. Bei geringer Helligkeit und bei sehr großer Helligkeit ist die Empfindlichkeit des Auges gegen Helligkeitsunterschiede nur gering; bei mittlerer Helligkeit ist die Empfindlichkeit ein Maximum. Im allgemeinen kann das Auge Unterschiede in der Helligkeit auf etwa 1 % genau vergleichen.

§ 5.

Ädaption.

Die Empfindlichkeit des Auges ändert sich ständig, sowohl wenn es von Lichtreizen getroffen wird, als auch wenn Lichtreize von ihm fernbleiben. Diese Veränderungen der Empfindlichkeit der Netzh a u t nennt m a n A d a p t i o n . W'enn man aus einem hell erleuchteten R a u m in einen dunkeln R a u m geht, in welchem sich nur eine ganz schwache Lichtquelle befindet, so sieht m a n zunächst nichts; allmählich wird die Empfindlichkeit der Netzhaut größer, und die schwache

8

I.Kapitel.

Physiologisches.

Lichtquelle ruft schließlich eine deutlich wahrnehmbare Erregung der Netzhaut, also eine Lichtempfindung hervor. Nach Tigerstedt 1 ) ist die Adaptionsfähigkeit in der Netzhautgrube für schwaches Licht viel geringer als für die peripheren Teile der Netzhaut, und die dadurch erreichte Empfindlichkeit dürfte für den stäbchenfreien Bezirk nur etwa 20- bis 30 mal so groß wie die des helladaptierten Auges sein. Im Zusammenhang hiermit steht die Tatsache, daß beim dunkeladaptierten Auge die absolute Empfindlichkeit in der Netzhautgrube wesentlich geringer ist als außerhalb derselben; infolgedessen werden Lichter, die bei direkter Fixation verschwinden, peripher sehr deutlich, aber f a r b l o s gesehen. Wenn man umgekehrt nach vollständiger Dunkeladaption in einen hell beleuchteten Raum tritt, so wirkt das starke Licht im ersten Augenblick blendend auf die nun äußerst empfindliche Netzhaut; nach kurzer Zeit hat indessen ihre Erregbarkeit wieder soweit abgenommen, daß keine Überreizung mehr stattfindet. Das d u n k e l a d a p t i e r t e Auge hat sich für die jetzt herrschende H e l l i g k e i t adaptiert. § 6.

Die Empfindlichkeit für Farben.

Man mißt mit dem Auge bei Betrachtung der Farbe einer Lichtquelle keinen physikalischen Effekt, sondern einen physiologischen Effekt. Es ist nun nicht möglich, die physiologischen Effekte solcher Strahlungen miteinander zu vergleichen, welche ungleich zusammengesetzt sind, man kann also nicht angeben, ob die Helligkeiten zweier verschiedenfarbiger Lichtstrahlen, etwa eines roten und eines grünen, einander gleich sind. Die Empfindlichkeit des Auges für Strahlungen von verschiedener Wellenlänge ist verschieden. In Fig. 7 ist die Abhängigkeit des physiologischen Effekts von der Wellenlänge nach König2) dargestellt. Der physiologische Effekt, der durch dieselbe physikalische Strahlungsenergie hervorgebracht wird, zeigt sich am größten etwa in der Mitte des sichtbaren Spektrums, im Grünen etwa bei der Wellenlänge X = 0,51 ¡x in Kurve I und nimmt dann sowohl nach dem roten als auch nach dem violetten Ende des Spektrums hin ab. Die Verhältnisse erfahren aber noch eine weitere Komplikation dadurch, daß die Empfindlichkeit für verschiedene Farben Tigerstedt a. a. O. 2

S. 250 ff.

) A. König, Gesammelte Abhandlungen zur Physiologischen Optik. 1903 bei Joh. Ambrosius Barth.

Leipzig

§ 6.

Die Empfindlichkeit für Farben.

9

wiederum abhängig ist von der S t ä r k e der Strahlung, also von der Helligkeit der Farbe selbst. So gilt in Fig. 7 Kurve I nur für schwache Helligkeit. Wird die Helligkeit der Farben gesteigert, so verschiebt sich das Maximum der Empfindlichkeit des Auges mehr nach dem roten Ende des Spektrums hin, wie es Kurve II in Fig. 7 zeigt, wo das Maximum bei l = 0,57 /< liegt. Bei starker Helligkeit benötigt demnach ein gelblich-grünes Licht einen geringeren Energieaufwand als z. B. blaues Licht, um denselben physiologischen E f f e k t im Auge zu erzeugen. Am empfindlichsten ist das Auge für die grünen Strahlen, t

0,72

0,68 rot

' 0,64

0,60

| orange! gelb |

0,50 grün

0,52

| 0,48 |

blau

| 0,44

| 0,40 violett

Fig. 7.

bei mittlerer Helligkeit für 2 = 0,53 //. Man erkennt auch aus den Kurven der Fig. 7, daß nicht nur das Maximum der Empfindlichkeit von der Helligkeit abhängt, sondern daß auch die Gestalt der Empfindlichkeitskurve durch die Helligkeit verändert wird. Bei schwacher Helligkeit (Kurve I) ist die Kurve spitzer, die Empfindlichkeit fällt also schneller vom Maximum ab nach den Enden des Spektrums hin als in der Kurve II, welche für stärkere Helligkeit gilt. Bekanntlich erscheinen violette Strahlen, wenn ihre Stärke erhöht wird, grau, wenn ihre Stärke vermindert wird, rötlich. Beim h e l l adaptierten Auge ist die Empfindlichkeit für rotes, grünes und blaues Licht im N e t z h a u t z e n t r u m am größten und fällt nach der Peripherie der Netzhaut hin ziemlich schnell in einer für alle Farben fast ganz übereinstimmenden Kurve ab, so daß die

10

I. Kapitel.

Physiologisches.

Empfindlichkeit 10° abseits von der Netzhautgrube nur noch rund ] 4 . bei 20° 1 / 10 , bei 35° V40 der Empfindlichkeit in der Netzhautgrube beträgt (Tigerstedt). Beim Dämmerungssehen sinkt die Empfindlichkeit für reines Rot ebenfalls ein wenig nach der Peripherie der Netzhaut hin, während sie für die anderen Farben schnell ansteigt. Beim d u n k e l a d a p t i e r t e n Auge begegnet man also einer ganz eigenartigen, von der gewöhnlichen verschiedenen Wirkungsweise des Auges, welche aber der Netzhautgrube abzugehen scheint. Man wußte schon lange, daß die im Dunkeln lebenden Tiere, wie ¡Maus, Fledermaus, Katze, Igel, .Maulwurf und Eule, eine an Stäbchen besonders reiche Netzhaut besitzen, während die Zapfen sehr zurücktreten bzw. gänzlich fehlen. v. R r i e s hat daher folgende Theorie aufgestellt. Die beim dunkeladaptierten Auge auftretenden Eigentümlichkeiten sind von den Eigenschaften der Stäbchen abhängig. Die Stäbchen sind total farbenblind, d. h. sie liefern bei Reizung mit jeder beliebigen Lichtart schon bei geringer Dunkeladaption nur farblose oder etwas bläuliche Empfindungen. Ferner sind die Stäbchen vorwiegend durch initteloder kurzwelliges Licht erregbar, derart, daß das Wirkungsmaximum im grünen Teile des Spektrums liegt, während das rote Ende fast ganz unwirksam ist. Schließlich besitzen die Stäbchen eine sehr große Adaptionsfähigkeit, so daß, wenn man aus vollem Tageslicht in einen sehr schwach beleuchteten Raum geht, die Erregbarkeit anfangs schnell, später langsamer ansteigend allmählich Werte erreicht, welche die im Hellen gültigen Werte um ein Vielfaches übertreffen. Da die Dunkeladaption wesentlich die peripheren Teile der Netzhaut betrifft, so ergibt sich, daß die Sehschärfe des dunkeladaptierten Auges, trotz seiner großen Lichtempfindlichkeit nicht die S e h s c h ä r f e des helladaptierten Auges erreicht. Anderseits stellen die Zapfen den farbentüchtigen Apparat dar (s. S. 14).

§ 7. Das Purkinjesche Phänomen. Zwei verschiedenfarbige, gleichstarke Lichtquellen, von denen die eine blau leuchtet, die andere rot, sollen von zwei nebeneinander liegenden Papierflächen je eine mit der betreffenden Farbe derart beleuchten, daß die rot beleuchtete Fläche und die blau beleuchtete dem Auge g l e i c h h e l l beleuchtet erscheinen. Vermindert m a n jetzt die Beleuchtung der Flächen um dieselbe Größe (etwa indem man beide Lichtquellen um dieselbe Länge von den Flächen entfernt),

§ 7.

Das Purkinjesche Phänomen.

Ii

so erscheinen die Flächen nicht mehr gleich hell beleuchtet, sondern die blaue Fläche erscheint jetzt bedeutend h e l l e r als die rot beleuchtete Fläche. Diese Erscheinung nennt man P u r k i n j e s c h e s P h ä n o m e n 1 ). Eine Erscheinung, welche dem Purkinjeschen Phänomen entgegengesetzt ist, gab Weber 2 ) an. Diese Erscheinung zeigt gleichzeitig, daß die G r ö ß e der farbigen Fläche einen Einfluß auf die von ihr hervorgebrachte Helligkeitsempfindung ausübt. Je kleiner die Flächen sind, um so heller erscheint dem normalen Auge die Helligkeit der von weniger brechbarem Lichte beleuchteten Fläche. Diese Erscheinung läßt sich durch folgenden Versuch zeigen. Ein Schirm A von etwa 40 cm Breite und 25 cm Höhe wird in der in Fig. 8 dargestellten Weise mit farbigem Papier überzogen, an einer Wandtafel befestigt und durch Regulierung von Gaslanipen derart beleuchtet, daß die einige Meter entfernt sitzenden Beobachter den ungefähren Eindruck gleicher Helligkeit gewinnen. Fährt man dann mit einem zweiten in der Hand gehaltenen schwarzen Schirm/? von unten her über den Karton A, so daß beständig zwei gleich große Dreiecke in Rot und Blau frei bleiben, so gewinnen die Beobachter den Eindruck, daß die Helligkeit des roten Dreiecks wächst. Die Erscheinung gilt nur bei schwachen Beleuchtungen des Schirms A. Das Purkinjesche Phänomen, das die Vergleiche verschiedenfarbiger Lichtstrahlen an sich unmöglich machen würde, gilt n i c h t ganz allgemein, sondern erleidet gewisse Ausnahmen. So haben Macé de Lépinay und Nicati 3 ) gezeigt, daß das Helligkeitsverhältnis verschiedenfarbiger Flächen konstant wird, wenn die Flächen unter einem Gesichtswinkel erscheinen, der kleiner als 45 Minuten ist. Eine weitere Ausnahme des Purkinjeschen Phänomens hat Brodhun 4 ) festgestellt. Brodhun hat gezeigt, daß das Purkinjesche Phä-

2

) 3 ) Annales 4 )

P u r k i n j e , Zur Physiologie der Sinne. 2. S. 109. P r a g 1825. Nach H. Krüß, Die elektrotechnische Photometrie. 1885. Macé de Lépinay und Nicati, J o u r n a l de Physique (2). 1. S. 42. 86. 1882. de Chimie et de Physique (5) 24. S. 289. 1881. 30. S. 145. 1883. E. Brodhun, Beiträge zur Farbenlehre. Dissertation. Berlin 1887.

12

I. Kapitel.

Physiologisches.

nomen überhaupt nicht mehr oder nur in sehr geringem Maße besteht, sobald die Helligkeit der Flächen einen gewissen Betrag überschritten hat. Wird die Helligkeit beider Flächen über diesen Betrag in demselben Verhältnis gesteigert, so bleiben die beiden Flächen für das Auge gleich hell. Dow 1 ) bestätigte dieses Ergebnis Brodhuns und zeigte, daß das Purkinjesche Phänomen nicht mehr auftritt, wenn die Beleuchtung des Photometerschirmes g r ö ß e r als 0,2 Lux ist. In der beleuchtungstechnischen Photometrie hat man es fast durchweg mit Lichtfärbungen zu tun, die sich nicht so stark voneinander unterscheiden wie die rote und blaue Fläche bei Purkinje. Ein Vergleichen der Helligkeiten ist daher n i c h t ausgeschlossen, wenn auch ihre Genauigkeit geringer ist als beim Vergleichen von vollständig gleichfarbigem Licht, insbesondere, da man beim Photometrieren durchweg mit hinreichend großen und genügend stark beleuchteten Flächen arbeiten wird. Aus dem physiologischen Charakter der Lichtmessungen ergibt sich auch, daß das sog. m e c h a n i s c h e Ä q u i v a l e n t des Lichtes keine konstante Größe wie etwa das mechanische Äquivalent der Wärme ist, sondern von der Wellenlänge, der Farbe des Lichtes abhängt. Für die Wellenlänge, bei welcher die größte Empfindlichkeit des Auges besteht (2 = 0,545 ¡u im Gelbgrünen) ist der wahrscheinlichste Wrert des Äquivalents des Lichtes etwa 800 Lumen pro W 7 att oder 0,015 W a t t pro mittlere sphärische Kerze. Für weißes Licht, dessen Wellenlängen zwischen 1 = 0,70 und 1 = 0,43 ¡x liegen, ist die größte mögliche Lichtausbeute, wenn die gesamte Strahlung in sichtbares Licht verwandelt wird, a n g e n ä h e r t 400 Lumen pro W a t t oder 0,03 W a t t pro mittlere sphärische Kerze.

§ 8.

Die Empfindung der Farbe.

Über die Art und Weise, wie das menschliche Auge die Farbe empfindet, sind verschiedene Theorien aufgestellt worden. 1. D i e T h e o r i e v o n T h o m a s Y o u n g (1807) u n d v. H e l r a h o l t z (1852) nimmt in der Netzhaut drei verschiedene, den Grundfarben entsprechende, terminale Netzhautelemente an. Reizung der ersten Art bewirkt die Empfindung von Rot, Reizung der zweiten Art die des Grün, Reizung der dritten Art die des Blau J . S. Dow, Proc. of the Physical Society London. 20. S. 245. 1906. ref. Zeitschritt für Beleuchtungswesen 13. S. 73. 1907. The Illuminating E n gineer (London) 2. S. 238. 1909.

§8.

Die Empfindung der Farbe.

13

nach Young, des Violett nach Helmholtz. Die rot empfindenden Elemente würden am stärksten erregt vom Lichte größter Wellenlänge, die grün empfindenden vom Lichte mittlerer Wellenlänge, die blau empfindenden vom Lichte kleinster Wellenlänge. Die Erregung aller Elemente von ziemlich gleicher Stärke gibt die E m p f i n d u n g von Weiß. Nach dieser Dreifarbentheorie ist Schwarz n u r ein sehr lichtschwaches Weiß; zwischen Schwarz und Weiß besteht also kein qualitativer, sondern nur ein quantitativer Unterschied. 2. D i e T h e o r i e v o n H e r i n g . Ewald Hering geht bei der Erklärung der Sehempfindung nach Landois 1 ) von dem obersten Grundsatz aus, daß dasjenige, was uns als Gesichtsempfindung zum Bewußtsein kommt, der psychische Ausdruck für den Stoffwechsel in der Sehsubstanz, d. h. in derjenigen Nervenmasse ist, die beim Sehen in Erregung versetzt wird. Diese Substanz fällt, wie jede andere Körpermaterie, während der Tätigkeit dem Stoffwechsel, der Zersetzung, der »D i s s i m i 1 i e r u n g« anheim; späterhin, in der Ruhe, muß sie sich wieder ersetzen oder » a s s i m i l i e r e n « . Zunächst für die Wahrnehmung von Weiß (hell) und Schwarz (dunkel) n i m m t nun Hering zwei verschiedene Qualitäten des chemischen Vorganges in der Sehsubstanz an, derart, daß der E m p f i n d u n g des Weißen oder Hellen die Dissimilierung (Umsatz), der E m p f i n d u n g des Schwarzen (Dunklen) die Assimilierung (Ersatz) der Sehsubstanz entspricht. Demgemäß entsprechen den verschiedenen Verhältnissen der Deutlichkeit oder Helligkeit, mit welcher jene beiden Empfindungen in den einzelnen Ubergängen zwischen reinem Weiß und tiefstem Schwarz hervortreten, oder den Verhältnissen, in denen sie gemischt erscheinen (Grau), dieselben Verhältnisse der Intensitäten jener beiden psychophysischen Vorgänge. Es sind also Verbrauch und W r iederersatz von Materie in der Sehsubstanz die ursächlichen Prozesse der Weißund Schwarzempfindung. Der Verbrauch der Sehsubstanz bei der Weißempfindung entsteht durch den auslösenden Reiz der Ätherschwingungen, der Grad der Helligkeitsempfindung ist proportional der Menge der verbrauchten Materie. Der Wiederersatz löst die Schwarzempfindung aus; je intensiver dieser erfolgt, um so tiefer ist die Schwarzempfindung. Ganz analog werden nun für die Farbenwahrnehmung eine E m p f i n d u n g des Umsatzes (Dissimilierung) und eine der Anbildung (Assimilierung) angenommen; neben Weiß ist Rot und Gelb der Ausdruck der Umsetzung, hingegen Grün und Blau die E m p f i n d u n g Landois a. a. O. S. 886 ff.

I. K a p i t e l .

14

Physiologisches.

d e s E r s a t z e s ; es ist also die S e h s u b s t a n z in d r e i f a c h v e r s c h i e d e n e r W e i s e d e r c h e m i s c h e n V e r ä n d e r u n g o d e r des S t o f f w e c h s e l s f ä h i g . Die s c h w a r z - w e i ß e E m p f i n d u n g k a n n f e r n e r m i t allen F a r b e n z u g l e i c h e i n t r e t e n , sie t ö n t d a l i e r bei j e d e r F a r b e n e n i p f i n d u n g als d u n k e l o d e r hell m i t d u r c h . E s g i b t also drei v e r s c h i e d e n e B e s t a n d t e i l e d e r S e h s u b s t a n z : die s c h w a r z - w e i ß ( f a r b l o s ) e m p f i n d e n d e , die b l a u g e l b u n d die r o t g r ü n e m p f i n d e n d e . Alle S t r a h l e n des s i c h t b a r e n S p e k t r u m s w i r k e n d i s s i m i l i e r e n d auf die s c h w a r z - w e i ß e S u b s t a n z , a b e r die v e r s c h i e d e n e n S t r a h l e n in v e r s c h i e d e n e m G r a d e . Auf die b l a u g e l b e o d e r die r o t g r ü n e S u b s t a n z d a g e g e n w i r k e n n u r gewisse S t r a h l e n dissimil i e r e n d , gewisse a n d e r e a s s i m i l i e r e n d u n d gewisse S t r a h l e n ü b e r h a u p t n i c h t . G e m i s c h t e s L i c h t e r s c h e i n t f a r b l o s , w e n n es s o w o h l f ü r die b l a u g e l b e o d e r die r o t g r ü n e S u b s t a n z ein gleich s t a r k e s D i s s i m i l i e r u n g s u n d A s s i m i l i e r u n g s m o m e n t s e t z t , weil d a n n b e i d e M o m e n t e sich g e g e n s e i t i g a u f h e b e n u n d die W i r k u n g auf die s c h w a r z - w e i ß e S u b s t a n z rein h e r v o r t r i t t . 3. D i e T h e o r i e von v. R r i e s 1 ) . N a c h v. K r i e s s i n d die S t ä b c h e n in h ö h e r e m G r a d e l i c h t e m p f i n d l i c h als die Z a p f e n , sie sind jedoch nicht farbenempfindlich. Ein schwaches Licht wird von d e n S t ä b c h e n f r ü h e r w a h r g e n o m m e n als von d e n Z a p f e n u n d e r s c h e i n t f a r b l o s , g r a u . Z u r E r r e g u n g d e r Z u p f e n ist eine g r ö ß e r e H e l l i g k e i t n o t w e n d i g ; die Z a p f e n sind f ä r b e n e m p f 1 n d I i c h. Die S t ä b c h e n s i n d d e r t o t a 1 f a r b e n b I i n d e »D u n k e 1 a p p a r a t«, die Z a p f e n d e r f a r b e n t ü c h t i g e » H e l l a p p a r a t«. In d e m p e r i p h e r e n S e h e n n i m m t die F ä h i g k e i t , F a r b e n zu e m p f i n d e n , allmählich ab. Die T o t a l f a r b e n b l i n d e n b e s i t z e n n u r S t ä b c h e n . Die P a r t i e l l f a r b e n b l i n d e n , die R o t - u n d G r ü n b l i n d e n , b e s i t z e n nach L u m m e r 2 ) auf d e r N e t z h a u t g r u b e a u ß e r d e n Z a p f e n n o c h S t ä b c h e n , w e l c h e i h r D u n k e l a d a p t i o n s v e r m ö g e n v e r l o r e n h a b e n ; b e i m Hells e h e n b e s i t z e n diese. S t ä b c h e n d e r P a r t i e l l f a r b e n b l i n d e n eine g r ö ß e r e E m p f i n d l i c h k e i t als die S t ä b c h e n d e r F a r b e n t ü c h t i g e n .

§ 9. Einfluß der ultravioletten Strahlen praktisch verwendeter Lichtquellen auf das Äuge. Das u n s i c h t b a r e u l t r a v i o l e t t e S p e k t r u m k a n n bezüglich d e r W i r k u n g d e r S t r a h l e n auf d a s A u g e in zwei A b s c h n i t t e g e t e i l t w e r d e n . D e r e r s t e A b s c h n i t t u m f a ß t die g a n z k u r z w e l l i g e n u n s i c h t -

2

v. Kries, Zeitschi', f. P s y c h o l . u. P h y s i o l . der S i n n e s o r g a n e 9. S. 81. 1894. ) L u m m e r O., Y e r h a n d l . der D e u t s c h e n P h y s i k a l . G e s e l l s c h a f t (5. S. 62. 1904.

§ 10. Wirkung der ultravioletten Strahlen etc.

15

baren Strahlen, die Strahlen von der Wellenlänge 0 bis 0,3 /¿, während der zweite A b s c h n i t t die langwelligen ultravioletten Strahlen von l = 0,3 bis 0,4 ¡.t u m f a ß t . Die Strahlen von 1 — 0 bis 0,3 sind infolge der Absorption durch die Atmosphäre im diffusen Tageslicht wenig enthalten. Hingegen treten sie im Lichte einiger künstlichen Lichtquellen, z. B . bei der Reinkohlenbogenlampe, beim Magnetitlichtbogen stark auf, wenn diese Lichtquellen ohne Glasglocke benutzt werden, was aber bei der beleuchtungstechnischen Anwendung nie vorkommt. In das Augeninnere treten diese kurzwelligen, ultravioletten Strahlen nicht ein, sie verursachen jedoch Entzündungen des äußeren Auges. B e i den Lichtquellen, die in der Beleuchtungstechnik wirklich verwendet werden und die für beleuchtungstechnische Zwecke stets mit einer Schutzglocke aus Glas oder einem Glaszylinder umgeben sind, werden diese kurzwelligen ultravioletten Strahlen durch das Glas vollständig absorbiert. Die Ansicht der Augenärzte, ob die l a n g w e l l i g e n ultrav i o l e t t e n Strahlen in den Wellenlängen / = 0,3 bis 0,4 /t dem gesunden Auge schädlich sind, ist noch sehr unentschieden. Während Dr. S c h a n z 1 ) diese Strahlen für schädlich hält, hält Prof. Birch-Hirschfeld es nicht für nötig, daß diese ultravioletten Strahlen von größerer Wellenlänge durch besondere Schutzvorrichtungen vom gesunden menschlichen Auge ferngehalten werden. Voege 2 ) hat nachgewiesen, daß bei g l e i c h e r durch die Lichtquellen erzeugter Flächenhelle das auf eine beleuchtete Fläche auffallende Licht der elektrischen Glühlampen, des Gasglühlichtes und auch das L i c h t der meisten Bogenlampenarten dem Tageslicht an Gehalt von ultravioletten Strahlen erheblich nachsteht. Nur die Reinkohlenbogenlampen mit eingeschlossenem, langem Lichtbogen ohne Außenglocke und die Quecksilberlampen zeichnen sich durch R e i c h t u m an ultravioletten Strahlen aus. Voege zeigte, daß von den künstlichen Lichtquellen eine wesentlich s c h w ä c h e r e ultraviolette Strahlung als vom Sonnenlicht auch dann ausgeht, wenn man in die Lichtquelle selbst hineinblickt, wobei die E n t f e r n u n g der elektrischen Glühlampen und des Gasglüh*) Schanz und Stockhausen, E. T. Z. 29. S. 777. 846. 1185. Illuminating Engineer (London) 1. S. 1049. 1908.

1908.

The

2 ) W . Voege, E. T. Z. 29. S. 779. 1185. 1908. 30. S. 512. 1909. Außerdem: \V. Voege, Die ultravioletten Strahlen der modernen künstlichen Lichtquellen und ihre angebliche Gefahr für das Auge. Eine gemeinverständliche Darstellung. Berlin 1910 bei J . Springer. 31 S. 8°.

16

I. Kapitel.

Physiologisches.

lichts vom Auge 40 cm, die der kleinen Bogenlampen 60 cm und die der großen Bogenlampen 1 m betrug. Da jedoch die Lichtquellen bei direkter Beleuchtung in Wohnräumen und auf Straßen, wenn die Möglichkeit gegeben ist, in die Lichtquelle selbst hineinzublicken, vernünftigerweise in weit größeren Abständen vom Auge angeordnet werden, so liegt keine Veranlassung vor, das Auge durch besondere Schutzgläser, etwa Glühlampenglocken und Lampenzylinder aus besonderem Glase vor den ultravioletten Strahlen der künstlichen Lichtquellen zu schützen, so lange man sich nicht auch gegen die ultravioletten Strahlen des Tageslichtes schützt. Ein besonderer Schutz des Auges vor den ultravioletten Strahlen ist nur notwendig für Arbeiten und Untersuchungen am elektrischen Lichtbogen und anderen Lichtquellen, die ultraviolett strahlen. In diesem Falle wird man je nach dem Glanz der Lichtquelle und nach dem Zweck der Untersuchung rotes Rubinglas, Hallauerglas, das von Schanz und Stockhausen erfundene Euphosglas, gelbes Jenaer Schutzglas einzeln oder miteinander oder mit anders gefärbten Gläsern kombiniert, verwenden.

§ 10. Wirkung der ultraroten Strahlen praktisch verwendeter Lichtquellen. Da die heute praktisch verwendeten Lichtquellen durchweg Temperaturstrahler sind, erzeugen sie in erheblichem Maße Strahlen von größerer Wellenlänge als 0,81 /(, u l t r a r o t e Strahlen, die als Wärme empfunden werden. Es ist unangenehm, beim Lichte künstlicher Lichtquellen zu arbeiten, die in zu starkem Maße Wärmestrahlen erzeugen. Sehr intensive Wärmestrahlung wirkt durch ihre austrocknende Wirkung lästig und schädlich auf das Auge. Voege1) hat nun untersucht, wie sich die Wärmestrahlen der künstlichen Lichtquellen zu den im diffusen Tageslicht enthaltenen Wärmestrahlen verhalten. An das Tageslicht hat sich das menschliche Auge seit Jahrtausenden gewöhnt, es kann daher für einen Vergleich allein maßgebend sein. Voege hat nun die gleiche Beleuchtung von ca. 88 Lux auf einer weißen Fläche F in Fig. 9 erzeugt und festgestellt, wie groß die Energie des auf diese Fläche ausgestrahlten Lichtes bei Verwendung verschiedener Lichtquellen relativ zueinander ausfällt. Die weiße Fläche F auf dem Photometer P wurde von der zu prüfenden Lampe L in horizontaler Richtung a beleuchtet. Unmittelbar neben W. Voege, Journal für Gasbeleuchtung 54. S. 295. 1911.

§10.

17

Wirkung der ultraroten Strahlen etc.

dem Photometer war eine Thermosäule Th nach Rubens mit Auffangetrichter und geschwärzten Lötstellen aufgestellt, durch welche der Energiewert der Strahlung von L gemessen wurde; die Ausschläge des mit der Thermosäule verbundenen Spiegelgalvanometers geben ein relatives Maß für die Intensität der Strahlung bei den verschiedenen Lampen. Ferner wurde noch der Energiewert der von der mit 88 Lux beleuchteten weißen Fläche F r e f l e k t i e r t e n Strahlung festgestellt, wobei die Thermosäule bei den verschiedenen Lichtquellen in konstanter E n t f e r n u n g von der weißen Fläche belassen wurde. Es ergaben sich hierbei dieselben Relativwerte wie bei der ersten Versuchsanordnung. Die Werte sind aus der Tabelle S. 18 zu ersehen.

F i g . 9.

Die Spalte Wärmestrahlung gibt die Ausschläge des mit der Thermosäule verbundenen Spiegelgalvanometers an, wenn der für die normale Kohlenfadenglühlampe erhaltene Ausschlag gleich 10 gesetzt wird. Aus den Werten über die Wärmestrahlung erkennt man, daß alle neueren Lichtquellen, sowohl Gas als auch elektrische Lichtquellen, der älteren Petroleumlampe und den offenen Gasflammen gegenüber einen bedeutenden Fortschritt darstellen, daß sie aber sämtlich dem diffusen Tageslicht gegenüber einen recht großen Energiewert der Strahlung aufweisen. Wenn wir eine Fläche z. B. eine Zeitung mit dem alten Argandbrenner und mit dem modernen Gasglühlicht mit Liliputbrenner gleich hell beleuchten, so erhalten wir bei der älteren Gaslampe die zehnfache Wärmestrahlung auf dieselbe Fläche wie bei der neuen Lampe. Dabei beträgt der Abstand des Argandbrenners von der Zeitung 43 cm, der des Gasglühlichtbrenners 96 cm; b e i g l e i c h e m A b s t a n d d e s A u g e s v o n d e r b e l e u c h t e t e n F l ä c h e w i r d also d e r U n t e r s c h i e d in der W ä r m e s t r a h l u n g , w e l c h e r der Kopf und die U p p e n b o r n - M o n a s c h , Lehrbuch der Photometrie.

2

18

I. Kapitel.

Lichtquelle

Petroleumlampe, älterer Rundbrenner . . . . Argandbrenner Älterer Auerbrenner (stehend) Neuerer Liliputbrenner (stehend) Desgl. mit weißer Glocke von 18 cm Durchm. Grätzinhängelicht mit klarem Zylinder . . . Desgl. mit Opalglocke von 10 cm Durchm. Desgl. mit Euphosglocke von 10 cm Durchm. Kohlenfadenlampe 3 2 H K 108 Volt Wolframlampe 50 H K 110 Volt Nernstlampe 60 H K mit Opalglocke 9,5 cm . Sparbogenlampe m.Opalglocke 16 cm Durchm. Diffuses Tageslicht . . .

Abstanda Lichtder Lichtstärke quelle von der HK weißen horiz. Fläche

Physiologisches.

Verbrauch

Verbrauch HK

Wärmestrahlung. Grad

Gesamte Kalorien

Temperatur Kalorien der HK Glocke

0" C

43

16

44 g / S t d .

2,75 g

42

484

30

236

43

16

1921/Std.

12 1

61

980

61

300

103

93

114

„

1,22 1

11

580

6,25

340

96

81

79

,

0,98 „

6,6

403

5,0

238

71

44,5

79

„

1,78 ,,

6,1

403

9,1

55

106

99

97

„

0,98 „

9,8

495

5,0

—

82

59

98

„

1,66 „

17,5

500

8,5

260

88,5

69

98

„

1,42 „

14,5

500

7,25

260

62,5

34,4

89 W a t t ¡2,58 W a t t

10

76,5

2,2

115

72

45,7

51

„

1,12

,,

5,3

43,8

0,96

85

85

63,5

116

,,

1,83

,,

7,6

100

1,57

93

133

155

330

„

2,13

,,

3,2

283

1,83

82

—

—

ca. 0,5

—

—

—

—

A u g e n des L e s e n d e n a u s g e s e t z t s i n d , in v i e l e n F ä l l e n noch g r ö ß e r sein. Die elektrischen Lichtquellen weisen naturgemäß recht günstige Werte der Wärmestrahlung auf. R u b n e r 1 ) hatte im Jahre 1895 durch Versuche an verschiedenen Personen festgestellt, in welcher Weise eine Strahlung von bestimmtem Energiewert als Wärme empfunden wird. Es ergab sich, daß eine Strahlung von 0,06 g-Kal. pro Minute auf 1 qcm Fläche als warm, eine Strahlung von 0,1 bis 0,2 als sehr warm und eine Strahlung von 0,3 bis 0,4 g-Kal. pro Minute als sehr heiß und auf die Dauer unerträglich empfunden wird. Rubner gibt auf Grund seiner Versuche als idealen Grenzwert im Mittel eine Bestrahlung von 0,035 g-Kal. Rubner, Archiv für Hygiene. 1895.

S. 193.

§ 10. Wirkung der ultraroten Strahlen etc.

19

in der Minute auf 1 qcm an, über welchen Wert man bei niederen Temperaturen (17 bis 18° C) nicht hinausgehen sollte, wenn es sich u m die Erzeugung von Licht handelt. Bei höheren Temperaturen ist die Wärmestrahlung noch geringer zu halten. V o e g e hat nun weiter untersucht, wie sich unsere modernen Lichtquellen diesem G r e n z w e r t d e r Wärmestrahlung gegenüber verhalten. Es wurde einerseits der Abstand der Lichtquelle festgestellt, bei welcher sich die Strahlung 0,035 Kai./Min. ergab, anderseits wurde die bei derselben E n t f e r n u n g gleichzeitig auf dem Papierschirm erzeugte Beleuchtung gemessen. Es ergab sich folgendes:

Lichtquelle

Gasglühlicht, stehender Liliputbrenner . . . Auerbrenner (klarer Zylinder) Auerbrenner mit Milchglasglocke, 18 cm Durchm Hängeglühlicht, klare Glocke Hängeglühlicht, Milchglasglocke von 10 cm Dchin Argandbrenner Petroleum-Rundbrenner . . . Kohlenfadenglühlampe (32 H K ) T a n t a l l a m p e (25 H K ) W o l f r a m l a m p e (25 H K ) W o l f r a m l a m p e (40 H K )

Abstand a Beleuchder L i c h t - t u n g d e s quelle v o n Schirms derThermo-l bei d i e s e m säule Abstand a cm

Lux

61

370 200 300 270 280 42

62 28

41,5 34 73 43 31 19

82

340 575 770 770

15 23

Die Werte der Tabelle besagen, eine wie starke Beleuchtung man mit den betreffenden Lampen erzielen kann, wenn man für alle die gleiche, von Rubner als Grenzwert aufgestellte Wärmestrahlung zuläßt. Man kann nun den so erhaltenen Wert für die zu erzielende Beleuchtung als A u s n u t z b a r k e i t des Lichtes der betreffenden Lichtquelle bezeichnen. Nimmt man 120 Lux als größte Beleuchtung an, die man auf einem Arbeitsplatz zu haben wünscht, so erkennt man, daß fast alle modernen Lampen den Anforderungen an den Rubnerschen Grenzwert der Wärmestrahlung voll genügen, nur bei der Petroleumlampe wird der Wert von 0,035 Kai. etwas überschritten. Bei der 25 kerzigen Metallfadenlampe kann man bis auf 15 cm an die Lampe herangehen, ohne durch die Wärmestrahlung belästigt zu werden.

2*

20

I I . Kapitel.

Das L a m b e r t s c h e

Gesetz.

II. Kapitel.

Das Lambertsche Gesetz. § 11. Das Lambertsche Gesetz. Die Grundlage der Photometrie und des »photometrischen Kalküls« bildet das L a m b e r t s c h e Gesetz 1 ). Dieses Gesetz beruht auf folgenden Grundsätzen: 1. Die von einem leuchtenden P u n k t e auf ein Flächenelement fallende Lichtmenge ist dem Quadrat des Abstandes zwischen P u n k t und Flächenelement umgekehrt proportional. (Dieser S a t z wurde schon von Kepler 1604 aufgestellt.) 2. Die von einem Flächenelement senkrecht ausgestrahlte und auf ein zweites Flächenelement fallende L i c h t m e n g e ist dem Kosinus des Einfallswinkels proportional. 3. Die von einem Flächenelement ausgestrahlte und auf ein zweites Flächenelement senkrecht auffallende Lichtmenge ist dem Kosinus des Ausstrahlungswinkels proportional. 4. Die Menge des von einer Fläche empfangenen Lichtes ist der Größe der Fläche proportional. 5. Die Menge des von einer Fläche ausgestrahlten Lichtes ist der Größe der Fläche proportional. I m vorstehenden ist stets das früher übliche W o r t Lichtmenge g e b r a u c h t ; im Sinne der in diesem Buche angewendeten modernen Terminologie wäre indessen das W o r t L i c h t s t r o m und gelegentlich Beleuchtung zu gebrauchen. Die Sätze 4 und 5 sind bei der Annahme, daß das Verhältnis der empfangenen bzw. ausgestrahlten L i c h t m e n g e zu der betreffenden Fläche k o n s t a n t ist, ohne weiteres verständlich. Sie treffen also sicher für den Fall zu, wo die betreffende Fläche unendlich klein ist, wo es sich um ein Flächenelement handelt. Zieht man die angeführten fünf Sätze zu einem einzigen Satz zusammen, so erhält man das von L a m b e r t aufgestellte Grundgesetz der Photometrie, welches allerdings nur unter der Voraussetzung *) J . H. L a m b e r t , P h o t o m e t r i a sive de mensura et gradibus luminis, colorum et umbrae.

Augsburg 1 7 6 0 .

Deutsch herausgegeben von E . Anding,

Klassiker der e x a k t e n Wissenschaften Nr. 31 bis 33. m a n n in Leipzig.

Ostwalds

Verlag von Wilhelm Engel-

21

§ 11. Das Lambertsche Gesetz.

einer v o 11 k o m m e n diffus strahlenden Fläche gilt. Die Eigenschaften dieser Fläche sind durch das Kosinusgesetz gekennzeichnet. Das Gesetz hat also lediglich die Bedeutung, daß es die Eigenschaften eines vollkommen diffus reflektierenden Körpers, also eines rein hypothetischen Körpers festlegt, dessen Existenz möglich und sogar wahrscheinlich erschien. Wenn man die Sonne durch dunkle Gläser betrachtet, so erscheint sie dem bloßen Auge als eine vollständig gleichmäßig leuchtende, ebene Scheibe, d. h. sie besitzt überall denselben »Glanz«. Da nun aber die Sonne in Wirklichkeit keine Scheibe, sondern eine Kugel ist, so folgerte Lambert, daß die Lichtstärke jedes Flächenstückes dem Kosinus des Ausstrahli;ngswinkels proportional ist. Lambert nahm also an, die Beleuchtung dL eines beleuchteten Flächenelementes df' (Fig. 10) sei proportional: 1. 2. 3. 4.

der Größe des leuchtenden Flächenelementes df, dem Kosinus des Ausstrahlungswinkels e, dem umgekehrten Quadrate der Entfernung r, dem Kosinus des Einfallswinkels ¿',

5. der Größe des beleuchteten Elementes d f . Außerdem wurden noch stillschweigend die Voraussetzungen gemacht: 6. das Azimut sei ohne Belang, und 7. die Natur der leuchtenden Fläche trete nur als konstanter F a k t o r J auf.

F i g . 10.

Aus diesen sieben Sätzen ergibt sich nun das Lambertsche Gesetz (für selbstleuchtende Körper) in der Beerschen Zusammenfassung: dL = df • cosG •

cos i' • df

•J

1)

Hierin bedeutet dL eine Beleuchtung oder eine Strahlenmenge (Lichtstrom). Lambert selbst läßt die Proportionalität mit df als selbstverständlich fort und denkt sich das Gesetz in der F o r m :

dL' = df • cos £ • -4- • cos i' • J

2)

Hier hat dL' naturgemäß eine andere physikalische Bedeutung, es ist nicht mehr der Lichtstrom, sondern der Glanz. J hat hier bei L a m b e r t die Bedeutung des Glanzes (vis illuminans, splendor), dL die

22

II. Kapitel. Das Lambertsche Gesetz.

Bedeutung der Beleuchtung (illuniinatio). Indessen wird an anderen Stellen auch das Wort claritas für beides gebraucht. Voraussetzung für die Richtigkeit dieses Gesetzes ist, daß auf dem Wege r nicht Licht durch Absorption verloren gehe, was für die üblichen photometrischen Anordnungen, wenigstens innerhalb eines Laboratoriums, zutrifft. Hiernach ergibt sich die Lichtmenge L, welche eine in allen Elementen mit gleichem Glänze e leuchtende Fläche senkrecht gegen das in sehr großer E n t f e r n u n g r befindliche Flächenelement df sendet: 3) wobei das Integral über die ganzfe leuchtende Fläche s auszudehnen ist. Nach dem Lambertschen Gesetz ist die Lichtstärke iu eines leuchtenden Flächenelementes proportional einerseits dem Kosinus des Ausstrahlungswinkels a oder der scheinbaren Größe des Flächenelements, anderseits dem Glänze e: a

e • df • cos a

(Vgl. Definitionsgleichung des Glanzes auf S. 42.) Da aber nach dem Lambertschen Gesetz iu = J • cos a, wenn J die Lichtstärke senkrecht zu ds ist, so ist der Glanz e von der Größe des Winkels a unabhängig und lediglich eine Eigenschaft des leuchtenden Flächenelementes ds. Trägt m a n für verschiedene Größen des Winkels a die zugehörigen Werte von i vom P u n k t e 0 angefangen als Vektoren auf, so liegen die E n d p u n k t e der VekOd/ toren auf einer Kreislinie (Fig. 11) oder, wenn man aus der Papierebene hinausgeht, auf einer Kugelfläche vom Durchmesser ON. Die Lichtausstrahlung einer Fläche k a n n auf drei verschiedene Arten erfolgen :

N F i g . 11.

1. dadurch, daß die Fläche infolge hoher Temperatur selbstleuchtend ist, 2. dadurch, daß sie nur von vorne beleuchtet ist, 3. dadurch, daß sie durchscheinend ist und von hinten beleuchtet wird.

§ 12. Selbstleuchtende Körper.

23

§ 12. Selbstleuchtende Körper. Feste schwarze Körper leuchten, wenn sie in Glut versetzt werden, vollständig diffus. Der Glanz e ist also in allen Richtungen k o n s t a n t . Daß glühende Körper dem L a m b e r t s c h e n Gesetz folgen, wurde durch Möller 1 ) nachgewiesen. F ü r die L i c h t a u s s t r a h l u n g des glühenden Platins fand er folgende W e r t e : 0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

....

1000

983

938

865

769

648

504

347

179

Kosinuszahlen. . . .

1000

985

940

866

766

643

500

(M CO

174

Abweichungen . . .

0

—2

—2

—1

+ 3

+ 5

+ 4

4- 5 + 5

Ausstrahlungswinkel Lichtstärken

Die größte Abweichung b e t r ä g t 0 , 5 % , während der Beobachtungsfehler sich im ungünstigsten Falle auch auf 0 , 5 % beläuft. D a m i t ist das L a m b e r t s c h e Gesetz f ü r glühende Körper als innerhalb der Grenzen der Beobachtungsfehler richtig nachgewiesen.

§ 13. Diffusion durchscheinender Platten. Eine vollkommen diffuse Fläche (durchscheinende Platte) folgende Eigenschaften haben 2 ):

muß

1. Sie darf keinen Strahl direkt durchlassen. 2. Sic muß das Licht von ihrer leuchtenden Fläche nach dem Kosinusgesetz aussenden. 3. Sie m u ß in einer gegebenen R i c h t u n g stets eine der Beleuchtung ihrer beleuchteten Fläche proportionale Lichtmenge aussenden, welche ganz u n a b h ä n g i g von dem Einfallswinkel des Lichtes ist. Dabei ist u n t e r der beleuchteten Fläche die der a u f t r e f f e n d e n S t r a h l u n g zugekehrte Seite, u n t e r der leuchtenden Fläche die andere Seite v e r s t a n d e n . Das Gesetz über die L i c h t s t ä r k e der zerstreuten Strahlen in jedem P u n k t e einer sehr d ü n n e n diffundierenden P l a t t e EOE' (Fig. 12) k a n n nach Crova gerade so dargestellt werden, wie dasjenige der v o n einer gewöhnlichen Lichtquelle ausgesandten Strahlen. T r ä g t m a n die !) W. Möller, Photometrische Untersuchungen, E. T. Z. 5. S. 406. 1884. ) André Blondel, La détermination de l'intensité moyenne sphérique des sources de lumière. Paris 1895. Georges Carré. Eclairage Electrique 3. S. 57. 385. 406. 538. 583. 1895. 2

24

II. Kapitel. Das Lambertsche Gesetz.

Lichtstärken für jede Richtung a durch eine ihr proportionale LängeOM auf, so erhält man eine charakteristische Fläche, welche nach Crova die I n d i k a t r i x d e r D i f f u s i o n heißt. N

Für einen vollkommenen Diffusor, welcher also das Kosinusgesetz befolgt, ist die Form jener Fläche unabhängig vom Einfallswinkel. Sie ist eine die Emissionsfläche EOE1 im Punkte 0 tangierende Kugelfläche, Kreis I in Fig. 12, deren Durchmesser ON der Beleuchtung E der beleuchteten Fläche des Diffusors proportional ist. In Fig. 12 Kurve II ist die Indikatrix für mattes Opalglas dargestellt. Sie weicht, wie ersichtlich, nur wenig vom Kreise I ab.

F i g . 13.

Will man die Beziehung zwischen der Beleuchtung der beleuchteten Fläche und dem Emissionsvermögen der leuchtenden Fläche eines Diffusors, dessen Indikatrix nicht durch die Größe des Einfallwinkels beeinflußt wird, feststellen, so genügt es, den Wert des Glanzes in der Richtung der Normalen zu messen, da alle übrigen Emissionsvermögen diesem proportional sind.

§ 13.

Diffusion durchscheinender Platten.

25

Bei den in der Praxis v o r k o m m e n d e n Diffusoren weicht indessen die Indikatrix der Diffusion mehr oder weniger v o n der Kreisform ab. Bei

Gläsern

und

anderen

mäßig.

mit

ungleichmäßiger

Kunstgläsern)

sind

Oberfläche die

(z. B.

Abweichungen

Kathedralglas ganz

unregel-

Bei halb durchsichtigen Gläsern, wie z. B. mattiertem Glas,

ist die A b w e i c h u n g regelmäßig, und zwar um so größer, je mehr durchscheinend das Glas ist. In Fig. 13 ist durch J die Indikatrix der Diffusion einer einseitig mattierten Glasplatte v o n 1,8 mm Dicke dargestellt.

Ein solches Glas ist

ein

schlechter

Bei

sehr

schräg

Diffusor.

einfallender

leuchtung wird die

•

Be-

Indikatrix

vollständig unsymmetrisch und in der

Nähe

Richtung

der

der

natürlichen

Strahlen

sehr

Fig. u.

verstärkt. I m Gegensatz hierzu gibt es auch Diffusoren, welche bei schiefer Beleuchtung eine vollständig symmetrische aufweisen, sog. orthotrope sind die Milchgläser.

Diffusoren.

Indikatrix der Diffusion

Gute

orthotrope

Diffusoren

In Fig. 14 ist die Indikatrix der Diffusion einer

einseitig mattierten Milchglasplatte von 3 mm Dicke dargestellt.

Fig. 15.

Die Indikatrix der Transmission weicht ebenfalls auch bei den orthotropen

Diffusoren von der

Kreisform ab.

Blondel gibt die in

Fig. 15 dargestellten K u r v e n für Papier ( I I I ) und poliertes Glas ( I I ) an. K u r v e I stellt den theoretischen Kreis dar.

II. Kapitel. Das Lambertsche Gesetz.

26

§ 14.

Diffuse Reflexion.

L a m b e r t h a t a n g e n o m m e n , daß m a t t e weiße K ö r p e r das K o s i n u s gesetz befolgen.

Dies w a r a b e r eine T ä u s c h u n g , welche a n g e s i c h t s der

h ö c h s t p r i m i t i v e n experimentellen Hilfsmittel L a m b e r t s d u r c h a u s e n t schuldbar

ist.

Denn

Lamberts

»Photometer«

weißen F l ä c h e n (Papierscheiben usw.),

bestand

lediglich

in

deren B e l e u c h t u n g n a c h dem

A u g e n m a ß e gleich g e m a c h t wurde, und sein ganzer V o r r a t an I n s t r u menten,

mit

deren Hilfe

lediglich

aus

drei

kleinen

er seine » P h o t o m e t r i e « a u f b a u t e , Spiegeln,

zwei L i n s e n ,

ein

bestand

paar

Glas-

p l a t t e n und einem P r i s m a . T h a l e r 1 ) h a t in einer sehr eingehenden A r b e i t den Nachweis erbracht,

daß das A z i m u t , welches n a c h L a m b e r t

ohne E i n f l u ß

sein

sollte, einen sehr bedeutenden E i n f l u ß b e s i t z t , und daß das K o s i n u s gesetz v o n solchen K ö r p e r n wie Gips, m a t t i e r t e m Glas, j a sogar n i c h t einmal v o n einer mit M a g n e s i u m r a u c h b e d e c k t e n , anscheinend

ganz

diffus reflektierenden M a g n e s i a p l a t t e a u c h nur a n n ä h e r n d erfüllt wird. Indessen

haben

Untersuchungen

von

Blondel2)

und

Monasch3)

ergeben, daß das L a m b e r t s c h e Gesetz bei gewissen weißen O b e r f l ä c h e n i n n e r h a l b einer gewissen G r ö ß e des Ausstrahlungswinkels doch richtig ist, wenn Einfallswinkel und A z i m u t eine b e s t i m m t e k o n s t a n t e G r ö ß e besitzen.

D a s ist sehr wichtig, weil andernfalls gewisse in der P h o t o -

m e t r i e b e n u t z t e Methoden, z. B . W e b e r s M e t h o d e zur Messung der diffusen B e l e u c h t u n g mittels eines weißen K a r t o n s nicht möglich wären. Man k a n n nun die E i g e n s c h a f t e n der diffus reflektierenden K ö r p e r in ähnlicher W e i s e durch eine I n d i k a t r i x darstellen, wie dies im vorhergehenden bereits für die diffus durchscheinenden ist.

Körper

geschehen

Die I n d i k a t r i x der Diffusion sollte bei sehr m a t t e n F l ä c h e n , wie

g u t m a t t i e r t e m Marmor, P o r z e l l a n b i s k u i t , Gips und M a g n e s i a p l a t t e n F. Thaler, Annalen der Physik 11. S. 997. 1903. Weitere Literatur hierüber: P. Bouguer, Essai d'Optique. Paris 1729, Traité d'Optique. Paris 1760. A. Konnowitsch, Schriften der math. Abteilung der neurussischen naturforschenden Gesellschaft 2. ' Fortschritte der Physik 35. S. 430. 1879. Schriften der neurussischen (Kiewer) Universität 22. S. 107. Fortschritte der Physik 37 (2). S. 481. 1881. H. Seeliger, Sitzungsbericht der math.-phys. Klasse der Kgl. bayer. Akademie der Wissenschaften, München. Heft 2. S. 201. 1888. v. Lommel, Wiedemanns Annalen 10. S. 449 und 631. 1880. Messerschmidt, Wiedemanns Annalen 34. S. 867. 1888. Chwolson, Fortschritte der Physik 42. S. 85. 1886. v. Lommel, Wiedemanns Annalen 36. S. 473. 1889. 2) Blondel a. a. O. 3) Monasch, E. T. Z. 27. S. 671. 1906.

§ 14. Diffuse Reflexion.

27

dem Kosinusgesetz entsprechen, so daß die Indikatrix praktisch mit einem Kreise zusammenfällt. Um das Diffusionsvermögen feststellen zu können, verwendete Blondel die in Fig. 16 dargestellte Versuchsanordnung. Das Photometer P wurde der diffus reflektierenden Platte AB schräg gegenübergestellt, so daß der Ausstrahlungswinkel ß bei allen Versuchen einen unveränderten W e r t besaß. Der Einfallswinkel a hingegen eines konstanten von der Lampe Z erzeugten Lichtbündels wurde zwischen je zwei Messungen geändert. Es wurde nun die Indikatrix in der Weise erhalten, daß man auf Fig. 16 dem Schenkel eines jeden Einfallswinkels die bei diesem im Photometer gemessene Helligkeit auftrug. Bei mattiertem, emailliertem Blech ergibt sich die in Fig. 17 dargestellte Indikatrix, welche von dem theoretischen Kreise nur geringe, innerhalb der .Messungsfehler liegende Abweichungen zeigt.

Richtung

des

auffallenden

Fig. 17.

Die Indikatrix der Diffusion einer Bariumsulfatfläche für den Einfallswinkel 0 Grad, also bei normaler Bestrahlung, wurde von Monasch 1 ) festgestellt. Monasch a. a. O.

28

II. Kapitel. Das Lambertsche Gesetz.

E s ergab sich, d a ß unpolierte B a r i u m s u l f a t k ö r n e r erhebliche Unregelmäßigkeiten der diffusen Reflexion v e r u r s a c h e n k ö n n e n .

§ 15. Reflexionsvermögen. J e weißer die d i f f u s reflektierenden Flächen sind, desto m e h r Licht werfen sie z u r ü c k . W i r d ein d i f f u s reflektierendes Flächenelement ds in der E n t f e r n u n g r von einer Lichtquelle der L i c h t s t ä r k e J n o r m a l zu den L i c h t s t r a h l e n aufgestellt, so e m p f ä n g t es einen Lichtstrom • dO =

• ds = / • d(p

1)

Hierin ist mit dcp der kleine Körperwinkel bezeichnet. g e s t r a h l t wird a b e r n u r der L i c h t s t r o m d0'

— n • d0

= n • ^ • ds^= ß • J • d -i

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» » » äußeren » 45,: 45,5 » Höhe des Glaszylinders 290 » der E i n s c h n ü r u n g des Zylinders über dem u n t e r e n R a n d e des Glases . 61 Innerer D u r c h m e s s e r des Glases oben Äußerer » » » unten 47 2 Mittlere Dicke des Glases Der Verlauf der L u f t s t r ö m u n g e n in der L a m p e ist in Fig. 22 d u r c h die Pfeile a n g e d e u t e t . Der D o c h t soll 10 m m aus d e m D o c h t r o h r e h e r v o r r a g e n . Zu jeder Messung ist ein neuer D o c h t zu v e r w e n d e n . In der L a m p e wird gereinigtes Colzaöl (Sommerrapsöl) v e r b r a n n t , und zwar sollen 42 g in der S t u n d e v e r b r e n n e n . B e t r ä g t der V e r b r a u c h weniger als 38 g oder mehr als 45 g, so m u ß der Versuch v e r w o r f e n werden. I n n e r h a l b dieser Grenzen wird es als zulässig b e t r a c h t e t , die L i c h t s t ä r k e dem V e r b r a u c h p r o p o r t i o n a l zu setzen. Sowohl L a p o r t e als auch L i e b e n t h a l h a b e n g e f u n d e n , d a ß bei E i n h a l t u n g der vorgeschriebenen Dimensionen der s t ü n d l i c h e V e r b r a u c h m e h r als 45 g b e t r ä g t . E r liegt erst d a n n zwischen 41 u n d 43 g, wenn die L ä n g e des aus dem B r e n n e r r o h r h e r a u s r a g e n d e n Dochtes 7 bis 8 m m u n d n i c h t 10 m m , u n d w e n n die Z y l i n d e r e i n s c h n ü r u n g 14 bis 15 m m a n s t a t t 4*

52

IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

17 mm oberhalb der Oberkante des Brenners liegt. Indessen hängt die Lichtstärke auch von mancherlei Nebenumständen ab. So hat die Temperatur und Zusammensetzung der Verbrennungsluft, die Temperatur der Flamme, die seit dem Anzünden der Lampe verflossene Zeit, welche besonders auf die Temperatur der Flamme einwirkt, ferner der Lichtverlust durch den Lampenzylinder einen Einfluß auf die erzielte Lichtstärke. Bei der Benutzung muß die Carcellampe auf einer Wage austariert werden. Man stellt dann den Ölverbrauch fest, indem man ein 10 g-Stück auf die Gewichtsschale legt und die Zeit beobachtet, bis die Zunge der Wage wieder auf 0 einspielt. Wenn der Ölverbrauch der Carcellampe 42 g pro Stunde beträgt, dauert die Verbrennung der 10 g Öl 14 Min. und 17 Sekunden. Nach sehr eingehenden Untersuchungen von Crova beträgt die Abweichung der Lichtstärke verschiedener Exemplare der Carcellampe höchstens 2 bis 3 % . Indessen erfordert die Beobachtung der von Dumas und Regnault aufgestellten Anweisung für die Benutzung der Carcellampe sehr viel Mühe und Zeit. Es ist daher begreiflich, daß auch in Frankreich die Anwendung neuerer und bequemerer Normallampen zunimmt. Im Jahre 1907 setzte die Internationale Lichtmeßkommission fest: 1 Cárcel = 10,75 HK. ein Wert, der auch heute noch gültig ist.

§ 29. Die Hefnerlampe. Im Jahre 1884 machte v. Hefner-Alteneck den Vorschlag zur Einführung einer technischen Lichteinheit, die folgendermaßen definiert ist 1 ): »Als Lichteinheit dient die Lichtstärke einer in ruhig stehender, reiner atmosphärischer Luft frei brennenden Flamme, welche aus dem Querschnitt eines massiven, mit Amylazetat gesättigten Dochtes aufsteigt, der ein kreisrundes Dochtröhrchen aus Neusilber von 8 mm innerem und 8,3 mm äußerem Durchmesser und 25 mm freistehender Länge vollkommen ausfüllt, bei einer Flammenhöhe von 40 mm vom Rande des Dochtröhrchens aus und wenigstens 10 Minuten nach dem Anzünden gemessen.« Die Hefnerlampe (Fig. 23) besteht aus dem Gefäß A, dem die Dochtführung enthaltenden Kopf B und dem Dochtrohre C. v. Hefner-Alteneck, E. T. Z. 5. S. 21.1884. Journal für Gasbeleuchtung 27. S. 766. 1884.

§ 29. Die Hefnerlampe.

53

Das Gefäß A dient zur Aufnahme des Amylazetats; es ist aus Messing oder Rotguß hergestellt und im Innern verzinnt. Der Kopf B trägt in seinem Innern das dochtführende Rohrstück a und das Triebwerk. Das Triebwerk besteht aus zwei Achsen, über

Fig. 23.

die zwei gezahnte, in die Ausschnitte des Rohrstückes a eingreifende Walzen w und geschoben sind. Seitlich von den Walzen und mit diesen fest verbunden sitzen die Zahnräder e und ex\ diese können durch die beiden in sie eingreifenden, auf ein und derselben Achse b sitzenden Schrauben ohne Ende / und f l in einander entgegengesetzter Richtung gedreht werden. Die Achse b endet in dem Knopf g, mit dessen Hilfe

54

IV. K a p i t e l .

Lichteinheiten und

Zwischenlichtquellen.

das Triebwerk in Bewegung gesetzt wird. Das dochtführende Rohrstück a ragt über die obere Platte des Kopfes B um etwa 4 mm heraus und trägt an diesem herausragenden Ende außen ein Gewinde, auf das die Hülse D aufgeschraubt werden kann. Dicht neben dem Rohrstück a befinden sich in der oberen Platte des Kopfes B zwei einander gegenüberliegende vertikale Öffnungen von etwa 1 mm Durchmesser, die zur Zuführung der L u f t an Stelle des verbrauchten Brennstoffes dienen. Die Offnungen liegen so, daß sie von der aufgeschraubten Hülse D verdeckt werden. Das Dochtrohr ist aus Neusilber ohne Lötnaht hergestellt, seine Länge beträgt 35 mm, sein innerer Durchmesser 8 mm, seine Wandstärke 0,15 mm. Es wird von oben in das Rohrstück a bis an einen in ihm befindlichen Ansatz eingeschoben. Das herausragende Dochtrohrende soll dann 25 mm lang sein. Das Dochtrohr muß sich in seiner Hülse mit leichter Reibung bewegen lassen, so daß es leicht entfernt werden kann, ohne sich jedoch bei der Bewegung des Dochtes mit diesem hochzuschieben. Das Flammenmaß, das zur Feststellung der richtigen Flammenhöhe (40 mm) dient, ist auf einem abnehmbaren, drehbaren und an jeder Stelle festklemmbaren Ring h (Fig. 23) befestigt, der auf die obere Platte des Kopfes B aufgesetzt wird. Als Meßvorrichtung dient entweder ein Flanunenniaß nach von Hefner-Altencck (vgl. Fig. 23) oder nach Krüß (Fig. 24). Es können einer Lampe beide Flammenmesser beigegeben werden, jedoch dürfen dann nicht beide auf demselben Ring h befestigt sein. Das Hefnersche Flammenmaß (Fig. 23) besteht aus zwei ineinandergeschobenen Rohrstücken mit wagerechter, durch die Achse des Dochtrohres hindurchgehender Achse. Das innere Rohrstück ist der Länge nach durchschnitten und trägt ein wagerecht liegendes, blankes Stahlplättchen q von 0,2 mm Dicke mit einem rechtwinkeligen Ausschnitt. Die untere Ebene des Stahlplättchens soll 40 mm über dem oberer: Rande des Dochtrohres liegen. Das Krüßsche Flammenmaß (Fig. 24) besteht aus einem etwa 30 mm langen Rohrstück, dessen Achse ebenfalls wagerecht liegt und durch die Achse des Dochtrohres hindurchgeht. Das Rohrstück ist auf der dem Dochtrohr zugewandten Seite durch ein kleines Objektiv von etwa 15 mm Brennweite geschlossen, auf der entgegengesetzten Seite durch eine m a t t e Scheibe, die von feinem Korn ist und dem Objektiv ihre m a t t e Seite zuwendet. Die Scheibe trägt in ihrer Mitte eine wagerechte schwarze Marke von nicht mehr als 0,2 mm Dicke.

§ 29. Die Hefnerlampe.

55

D a s durch das O b j e k t i v entworfene B i l d der oberen K a n t e dieser M a r k e soll g e n a u 4 0 nun ü b e r d e r .Mitte des o b e r e n D o c h t r o h r r a n d e s Kein werden.

Teil

des F l a m m e n m a ß e s

abgeschraubt

oder

gedreht

Soweit dabei B e f e s t i g u n g s s c h r a u b e n zur V e r w e n d u n g k o m m e n ,

s i n d i h r e K ö p f e u m die S c h n i t t i e f e Der

Flamnienmcsser

winkeligen Prisma P bunden

kann

liegen.1)

ist.

Die

von

abgefeilt.

Martens2)

besteht

aus

einem

recht-

( F i g . 2 5 u. 2 6 ) . w e l c h e s f e s t m i t d e r L a m p e v e r -

Hypotenusenfläche

ist s p h ä r i s c h g e s c h l i f f e n , so

daß

Flg. '24.

ein r e e l l e s u m g e k e h r t e s B i l d d e r F l a m m e

ü b e r der wirklichen

e n t s t e h t . D i e F l a m m e n h ö h e wird so r e g u l i e r t , die g e s p i e g e l t e F l a n i m e n s p i t z e nun

z. B .

1 mm;

sich gerade b e r ü h r e n (Fig. 26).

die F l a m m e n h ö h e i m m ,

so s e n k t

Flamme

d a ß die w i r k l i c h e sich

das

und

Steigt

Flammenbild

die V e r s c h i e b u n g d e r b e i d e n S p i t z e n b e t r ä g t d e m n a c h 2 m m .

H. Krüß, Zentralblatt für Elektrotechnik 9. S. 617. 1887. Journal für Gasbeleuchtung 30. S. 974. 1887. 43. S. 705. 1900. ! ) F . F . Martens, Neuer Flammenmesser für Hefnerlampen, Journal für Gasbeleuchtung 43. S. 582. 1900. Verh. der Deutsch. Phys. Ges. 2. S. 108. 1900.

56

IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

Die Einstellung ist also sehr präzis. Um das Prisma zu justieren, wird eine Lehre, deren obere Schneide gerade 40 mm über dem Rande des Dochtrohres liegt, auf die Lampe gesetzt. Das Prisma wird dann so befestigt, daß die wirkliche und die gespiegelte Lehre sich gerade berühren. Dieser Flammenmesser wird von Franz Schmidt & Haensch in Berlin hergestellt.

Fig. i5.

Die Lehre (Fig. 27) dient zur Kontrolle der richtigen Stellung des oberen Randes des Dochtrohres sowie derjenigen des Flammenniaßes. Wenn die Lehre über das Dochtrohr geschoben ist, so daß sie auf der Decke des Kopfes B fest aufsteht, soll beim Hindurchblicken durch

Fig. 26.

den in etwa halber Höhe der Lehre befindlichen Schlitz s zwischen dem oberen Rande des Dochtrohres und der wagerechten Decke des inneren Hohlraumes der Lehre eine feine, weniger als 0,1 mm breite Lichtlinie sichtbar sein: außerdem muß die Schneide oben an der Lehre bei Benutzung des Hefnerschen Flammenmaßes in der Ebene der unteren Fläche des Stahlplättchens liegen. Bei Benutzung des Krüßschen Flammenmaßes muß die Schneide der Lehre in der oberen Kante der Marke des Flammenniaßes scharf abgebildet werden. Der Abstand zwischen dem oberen Dochtrohrrande und der Schneide der Lehre muß somit genau 40 mm betragen.

§ 29.

Die H o f n e r l a m p e .

57

Der obere Teil der [.ehre h a t einen Durchmesser von etwas weniger als 8 nun. E r läßt sich leicht in das D o c h t r o h r hineinschieben u n d ermöglicht es so, das R o h r ohne Verbiegung zum Reinigen herauszuziehen. Sämtliche .Metallteile der L a m p e außer dem D o c h t r o h r u n d den S t a h l p l ä t t e h e n des Hefnerschen F l a m m e n i n a ß e s werden n i a t t s c h w a r z gebeizt. Die H e f n e r l a m p e n werden von Siemens & Halske hergestellt.

Fig. i7.

D e r D o r h t. Die Beschaffenheit des Dochtes ist im allgemeinen ohne E i n f l u ß auf die L i c h t s t ä r k e . Fs ist n u r darauf zu a c h t e n , d a ß er das D o c h t r o h r einerseits völlig ausfüllt, anderseits nicht zu fest eingepreßt ist. .Man b e n u t z t d a h e r am einfachsten eine genügende Anzahl zusammengelegter dicker Bauinwollfäden. Der D o c h t wird wagerecht und eben a b g e s c h n i t t e n . F s geht dies am besten bei feuchtem Z u s t a n d e des Dochtes mittels einer scharfen, gebogenen Schere, indem man den Docht etwas in die Höhe s c h r a u b t , die einzelnen F ä d e n ein wenig a u s b r e i t e t u n d sie d a n n einzeln so lange zuschneidet, bis n a c h wiederholtem Zurückziehen in die R o h r m ü n d u n g die E n d e n sämtlicher F ä d e n eine mit der R o h r n i ü n d u n g z u s a m m e n fallende E b e n e bilden. Gegen die B e n u t z u n g eines u m s p o n n e n e n Dochtes ist nichts einzuwenden, so lange er die B e d i n g u n g einhält, das Dochtrohr voll auszufüllen, ohne in ihm allzusehr eingepreßt zu sein.

IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

58

D a s A m v l a z e t a t . Die B e s c h a f f u n g des A m y l a z e t a t s ( C 7 H 1 4 0 2 ) f ü r die H e f n e r l a m p e m u ß m i t V o r s i c h t erfolgen, d a das i m H a n d e l v o r k o m m e n d e M a t e r i a l h ä u f i g B e i m i s c h u n g e n e n t h ä l t , die es f ü r p h o t o m e t r i s c h e Zwecke u n b r a u c h b a r m a c h e n . E s ist d a h e r n o t w e n d i g , d a s A m y l a z e t a t 1 ) aus einer zuverlässigen H a n d l u n g zu b e z i e h e n u n d a n z u g e b e n , d a ß es f ü r p h o t o m e t r i s c h e Z w e c k e b e n u t z t w e r d e n soll. U m d e n B e z u g b r a u c h b a r e n A m v l a z e t a t s zu erleichtern, hat es d e r D e u t s c h e Verein v o n Gas- u n d W a s s e r f a c h m ä n n e r n ü b e r n o m m e n , g e e i g n e t e s A m y l a z e t a t in g e n ü g e n d e r Menge zu b e s c h a f f e n , es auf seine B r a u c h b a r k e i t zu u n t e r s u c h e n u n d d u r c h seine G e s c h ä f t s s t e l l e ( G e h . H o f r a t Dr. B u n t e in K a r l s r u h e ) in p l o m b i e r t e n F l a s c h e n (von 1 1 I n h a l t an) a b z u g e b e n . Will m a n v o n dieser Gelegenheit, g e p r ü f t e s A m y l a z e t a t zu beziehen, k e i n e n G e b r a u c h m a c h e n , so ist a n z u r a t e n , den a n d e r w e i t i g b e z o g e n e n B r e n n s t o f f z u n ä c h s t auf seine B r a u c h b a r k e i t zu u n t e r s u c h e n . A m b e s t e n b e d i e n t m a n sich d a z u d e r folgenden, g r ö ß t e n t e i l s v o n B a n n o w a n g e g e b e n e n P r o b e n . A m y l a z e t a t ist d a n a c h f ü r L i c h t m e s s u n g e n v e r w e n d b a r , w e n n folgende B e d i n g u n g e n e r f ü l l t s i n d : 1. D a s spezifische G e w i c h t ' m u ß 0,872 bis 0,876 bei 15° b e t r a g e n . 2. Bei der D e s t i l l a t i o n (im G l a s k o l b e n ) m ü s s e n zwischen 137° u n d 143° w e n i g s t e n s 9 / 1 0 der Menge des A m y l a z e t a t s ü b e r g e h e n . 3. D a s A m y l a z e t a t darf b l a u e s L a c k m u s p a p i e r n i c h t s t a r k rot färben. 4. W i r d zu d e m A m y l a z e t a t ein gleiches V o l u m e n Benzin oder S c h w e f e l k o h l e n s t o f f gegeben, so sollen sich beide S t o f f e ohne T r ü b u n g mischen. 5. S c h ü t t e l t m a n in einem g r a d u i e r t e n Z y l i n d e r 1 ccm A m y l a z e t a t m i t 10 ccm A l k o h o l v o n 90° T r a l l e s ( = 0,834 spez. Gew. bei 15° C) u n d 10 ccm W a s s e r , so soll eine k l a r e L ö s u n g erfolgen. 6. E i n T r o p f e n A m y l a z e t a t soll auf w e i ß e m F i l t r i e r p a p i e r verd u n s t e n , ohne einen b l e i b e n d e n F e t t f l e c k zu h i n t e r l a s s e n . D a s A m y l a z e t a t ist g u t v e r k o r k t a m b e s t e n in einer d u n k l e n F l a s c h e a u f z u b e w a h r e n , d a m i t es v o r Z e r s e t z u n g g e s c h ü t z t ist. B e h a n d l u n g der Lampe. N a c h d e m die L a m p e mit A m y l a z e t a t g e f ü l l t u n d der D o c h t eingezogen ist, w a r t e t m a n , bis er 1

) Über die chemische Prüfung des Amylazetats. Journal für Gasbeleuchtung 34. S. 510. 513. 1891. — Liebenthal, Einfluß des Leuchtmaterials auf die Hefnerlampe. E. T. Z. 9. S. 478. 1888. - v. Hefner-Alteneck, Über das Verhaltes von verunreinigtem Brennstoff in der Amylazetatlampc. E. T. Z. 12. S. 323. 1891.

§ 29.

Die

Hefnerlampe.

59

vollständig d u r c h f e u c h t e t ist. Man überzeuge sich, d a ß das Triebwerk den Docht gut auf- u n d niederbewegt, ohne das D o c h t r o h r zu verschieben. Sodann wird der D o c h t ein wenig aus d e m Rohre herausg e s c h r a u b t u n d das den R a n d des D o c h t r o h r e s ü b e r r a g e n d e Stück wird mit einer scharfen Schere möglichst glatt a b g e s c h n i t t e n . Hierauf u n t e r s u c h t m a n mit Hilfe der beigegebenen Lehre die richtige Stellung des oberen D o c h t r o h r r a n d e s sowie des F l a m n i e n m a ß e s , wobei die folgenden B e d i n g u n g e n erfüllt sein m ü s s e n : W e n n m a n die L e h r e ü b e r das D o c h t r o h r geschoben h a t , so daß sie auf dem das Triebwerk t r a g e n d e n Kopf fest a u f s t e h t u n d wenn m a n d a n n d u r c h den in u n g e f ä h r h a l b e r Höhe befindlichen Schlitz gegen einen gleichmäßig hellen H i n t e r g r u n d (Himmel, beleuchtetes weißes P a p i e r ) hindurchsieht, so soll zwischen dem oberen R a n d e des D o c h t r o h r e s und der Decke des inneren H o h l r a u m e s der Lehre eine feine, weniger als 0,1 m m breite Lichtlinie sichtbar sein. Die Schneide der L e h r e m u ß bei B e n u t z u n g des Visiers in der E b e n e der u n t e r e n F l ä c h e ' des S t a h l p l ä t t c h e n s liegen: bei B e n u t z u n g des K r ü ß s e h e n F l a m m e n m a ß e s m u ß die Schneide der Lehre in der oberen K a n t e der Marke des F l a m n i e n m a ß e s scharf abgebildet werden. Die neben dem D o c h t r o h r befindlichen Löcher d ü r f e n nicht vers t o p f t sein. .Mit der Messung soll f r ü h e s t e n s 10 Minuten n a c h dem A n z ü n d e n begonnen werden. Die T e m p e r a t u r des B e o b a c h t u n g s r a u m e s soll zwischen 15° und 20 u C liegen. Die L a m p e soll sich w ä h r e n d der Messung auf einem horizontalen Tischchen an einem e r s c h ü t t e r u n g s f r e i e n Platze u n d in reiner, zugfreier L u f t befinden. V e r u n r e i n i g u n g der L u f t , n a m e n t l i c h d u r c h Kohlensäure (durch B r e n n e n von offenen F l a m m e n , A t m e n m e h r e r e r Personen) verringert die L i c h t s t ä r k e der H e f n e r l a m p e erheblich. Der P h o t o m e t e r r a u m m u ß d a h e r vor jeder.Vlessung sorgfältig g e l ü f t e t werden. In sehr kleinen R ä u m e n z. B. ringsum geschlossenen p h o t o m e t r i s c h e n A p p a r a t e n darf die H e f n e r l a m p e n i c h t b e n u t z t werden. Z u g l u f t beeint r ä c h t i g t in h o h e m G r a d e das ruhige B r e n n e n der F l a m m e u n d m a c h t ein hinreichend genaues Einstellen der richtigen F l a m m e n h ö h e unmöglich. Als L i c h t m a ß dient die L i c h t s t ä r k e der H e f n e r l a m p e in horizontaler R i c h t u n g bei einer F l a m m e n h ö h e v o n 40 m m v o m oberen R a n d e des D o c h t r o h r e s aus gemessen. Die F l a m m e n h ö h e wird mit Hilfe des beigegebenen F l a m m e n m a ß e s eingestellt, u n d zwar gilt bei B e n u t z u n g des H e f n e r s c h e n F l a m m e n m a ß e s folgende von v. Hefner-Alteneck gegebene V o r s c h r i f t :

60

IV.

Kapitel.

Lichteinheiten

D e r helle K e r n der F l a m m e

und

Zwischenlichtquellen.

soll, wenn m a n durch die F l a m m e

h i n d u r c h n a c h d e m F l a m m e n m a ß e b l i c k t , v o n u n t e n s c h e i n b a r an die P l a t t e q ( F i g . 2 3 ) anspielen. D a s s c h w a c h l e u c h t e n d e E n d e der F l a m m e n spitze fällt d a n n n a h e z u

m i t der Dicke der P l a t t e

zusammen:

erst

bei s c h a r f e m Zusehen e r s c h e i n t noch ein S c h i r u m e r von L i c h t

bis un-

gefähr 0,5 mm darüber.

Kanten

Die von der F l a m m e

beschienenen

der P l a t t e sind s t e t s b l a n k zu h a l t e n . B e i dem Flamme

Krüßschen

Flammenmaße

durch die m a t t e

wird der ä u ß e r e

Scheibe verschluckt:

Spitze Dabei

h a t der B e o b a c h t e r auf die m a t t e R i c h t u n g zu

die ä u ß e r s t e

der man

sichtbare

Flammenhöhe

daß

hat

des F l a n i m e n b i l d e s die M a r k e auf der m a t t e n S c h e i b e b e r ü h r t .

die

so zu regeln,

Saum

demgemäß

S c h e i b e in möglichst

senkrechter

blicken.

Die E i n s t e l l u n g der r i c h t i g e n F l a i n m e n h ö h e m u ß m i t g r o ß e r S o r g falt a u s g e f ü h r t werden.

Man b e a c h t e , daß hier ein F e h l e r von 1 m m

eine A b w e i c h u n g von e t w a 3 % in der L i c h t s t ä r k e

hervorbringt.

Man a r b e i t e t deshalb gewöhnlich so. daß ein B e o b a c h t e r die E i n stellung des P h o t o m e t e r s besorgt, während ein a n d e r e r das E i n s p i e l e n der F l a m m e a m F l a m m e n m a ß e

b e o b a c h t e t u n d dem ersten s t e t s ein

Z e i c h e n g i b t , s o b a l d die F l a m m e richtig s t e h t . E s ist d a r a u f zu a c h t e n , d a ß die von der F l a m m e

beschienenen

T e i l e der L a m p e ( a u ß e r dem D o c h t r o h r ) , i n s b e s o n d e r e die messer. gut m a t t geschwärzt sind. M a ß e der F a l l zu sein, so t u t dem

Photonieterschirm

sehenen

schwarzen

zubringen,

der die

nahe

Schirm Reflexe

man gut. zwischen der L a m p e

(z. B .

Flammen-

S c h e i n t dies n i c h t in g e n ü g e n d e m

mit

Sammet,

abblendet.

der F l a m m e

und

mit A u s s c h n i t t

ver-

bezogene P a p p e )

an-

einen Man

hat

indessen

sorgen, d a ß n i c h t gleichzeitig T e i l e der F l a m m e a b g e b l e n d e t

dafür

zu

werden.

W ä h r e n d des B r e n n e n s bildet sich am R a n d e des D o c h t r o h r e s ein b r a u n e r , dickflüssiger R ü c k s t a n d . jedenfalls stets nach Benutzung

Dieser R ü c k s t a n d ist m ö g l i c h s t oft, der L a m p e ,

ist, durch A b w i s c h e n zu e n t f e r n e n .

so lange sie noch heiß

Soll die L a m p e für längere Z e i t

n i c h t wieder b e n u t z t werden, so ist das A m v l a z e t a t sowie der D o c h t d a r a u s zu e n t f e r n e n

und die L a m p e gründlich

d a b e i n ö t i g , das D o c h t r o h r h e r a u s z u n e h m e n , h i l f e n a h m e des oberen T e i l e s der L e h r e Einfluß tigkeit.

des

Weise abhängig

der

Ist

so soll dies u n t e r

es Zu-

geschehen.

Barometerstandes

Die L i c h t s t ä r k e

zu s ä u b e r n .

und

Hefnerlampe

der

zeigt

sich

Luftfeuchin

gewisser

v o n der B e s c h a f f e n h e i t der u m g e b e n d e n L u f t .

Die

§ 29.

Die

61

Hefnerlampe.

Einwirkung des Barometerstandes ist nach Liebenthal 1 ) aus Fig. 28 zu ersehen. In der Nähe des normalen Barometerstandes, also etwa von 740 bis 780 mm, ist die Änderung der Lichtstärke ohne jede praktische Bedeutung (0,4%). Über diesen Bereich hinaus ist die in Fig. 28 mitgeteilte Kurve nur als angenähert richtig anzusehen.

Die Änderung der Lichtstärke mit der Feuchtigkeit kann nieist unbeachtet gelassen werden. Für genauere Messungen gibt die folgende Tabelle die Äbweichungen. bezogen auf die »relative Feuchtigkeit«, wie sie z. B. mit einem Haarhygrometer bestimmt wird. Relative Feuchtigkeit in »/„

Temperatur des Beobachtungsraumes 16»

17»

18°

19»

20»

21°

22°

23»

24°

25°

26"

10

1,040

1,039

1,038

1,038

1,037

1,036

1,035

1,034

1,033

1,032

1,031

20

1,030

1,028

1,027

1,025

1,024

1,022

1,020

1,019

1,017

1,014

1,012

30

1,019

1,018

1,015

1,013

1,011

1,008

1,006

1,003

1,000

0,997

0,994

40

1,009

1,007

1,004

1.001

0,998

0,994

0,991

0,987

0,983

0,979

0,975

50

0,999

0,996

0,992

0,988

0,984

0,980

0,976

0,972

0,966

0,961

0,956

G0

0,989

0,985

0,980

0,976

0,971

0,967

0,961

0,956

0,950

0,943

0,937

70

0,979

0,974

0,969

0,9G4

0,958

0,953

0,946

0,940

0,933

0,925

0,918

80

0,968

0,964

0,957

0,952

0,945

0,939

0,932

0,924

0,916

0,908

0,900

90

0,958

0,953

0,946

0,939

0,932

0,925

0,917

0,909

0,900

0,890

0,881

Daß schon eine geringe Verminderung des Sauerstoffgehaltes der Verbrennungsluft die Lichtstärke verhältnismäßig stark beeinträchtigen muß, ist klar. Ein Mindergehalt an Sauerstoff von 1 1 in 1 cbm L u f t würde die Lichtstärke schon um 2 % verringern. Als erste Grundbedingung für das Photometrieren mit der Hefnerlampe ist deshalb l

) Liebenthal,

E . T. Z. 1 6 . S. 6 5 5 .

1895.

62

IV. K a p i t e l .

Lichteinheiten und

Zwischenlichtquellen.

die F o r d e r u n g hinreichend großer, g u t g e l ü f t e t e r R ä u m e aufzustellen. Sehr kleine R ä u m e , insbesondere alle ringsum geschlossenen photometrischen A p p a r a t e geben zu erheblichen F e h l e r n A n l a ß . Durch gute L ü f t u n g des b e n u t z t e n Zimmers wird d a n n a u c h der E i n f l u ß des Kohlensäuregehaltes der L u f t beseitigt, da in g u t g e l ü f t e t e n R ä u m e n der Gehalt an Kohlensäure Ä n d e r u n g e n der L i c h t s t ä r k e bis höchstens 0 , 2 % bewirken k a n n . Im übrigen h a b e n die Versuche der R e i c h s a n s t a l t ergeben, d a ß zwei in den richtigen A b m e s s u n g e n a u s g e f ü h r t e L a m p e n , die in derselben L u f t brennen, abgesehen von B e o b a c h t u n g s f e h l e r n , keine Abweichungen in der L i c h t s t ä r k e zeigen. D a n a c h b r a u c h t e sich eine P r ü f u n g der H e f n e r l a m p e n u r auf eine genaue Kontrolle der einzelnen A b m e s s u n g e n zu erstrecken. Nichtsdestoweniger hält m a n es f ü r nötig, sich bei jeder L a m p e vor der Beglaubigung v o n der vorgeschriebenen L i c h t w i r k u n g , da diese ja den eigentlichen Zweck der L a m p e bildet, zu überzeugen u n d auch das E r g e b n i s der p h o t o m e t r i s c h e n P r ü f u n g in dem Beglaubigungsschein zu v e r m e r k e n . K r ü ß 1 ) b e s t i m m t e die räumliche L i c h t a u s s t r a h l u n g der Hefnerlampe und fand f ü r die L a m p e mit optischem F l a m m e n m e s s e r Jo = 0,83 H K f ü r die L a m p e mit Visier Jo = 0,81 H K . Die H e f n e r l a m p e n sind bei der Physikalisch-Technischen Reichsa n s t a l t zur Beglaubigung 2 ) zugelassen. Die P r ü f u n g s b e s t i m m u n g e n haben folgenden W o r t l a u t : P r ü f u n g s b e s t i rn m u n g e n : Die zweite (technische) A b t e i l u n g der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt ü b e r n i m m t die P r ü f u n g u n d B e g l a u b i g u n g v o n Hefnerl a m p e n nach M a ß g a b e der folgenden B e s t i m m u n g e n , welche auf G r u n d von V e r e i n b a r u n g e n mit dem Deutschen Verein von Gas- u n d Wasserf a c h m ä n n e r n aufgestellt sind. § 1. Die P r ü f u n g h a t den Zweck zu e r m i t t e l n , ob die L i c h t s t ä r k e der L a m p e , wenn dieselbe mit reinem A m y l a z e t a t g e b r a n n t wird, bei der II. K r ü ß , J o u r n a l f ü r G a s b e l e u c h t u n g 50. S. 1157. 1907. 2

) Die B e g l a u b i g u n g d e r H e f n e r l a m p e .

S. 346. 1898.

Journal für Gasbeleuchtung

36.

§ 29. Die Hefnerlampe.

63

d u r c h die Marke des zugehörigen F l a m m e n m e s s e r s angezeigten F l a m m e n h ö h e u n d wenigstens 10 Minuten n a c h d e m A n z ü n d e n d e m durch die Normale der Reichsanstalt festgestellten W e r t e eines »Hefnerlichts« g l e i c h k o m m t 1 ) . § 2. Zur P r ü f u n g zugelassen werden n u r H e f n e r l a m p e n von der in der Anlage angegebenen E i n r i c h t u n g 2 ) , sofern ihnen einer der e b e n d a beschriebenen F l a m m e n m e s s e r u n d eine Kontrollehre beigegeben u n d der N a m e des Verfertigers sowie eine G e s c h ä f t s n u m m e r auf der L a m p e verzeichnet ist. § 3. Die P r ü f u n g b e s t e h t : 1. in der Kontrolle der wichtigsten A b m e s s u n g e n , 2. in der p h o t o m e t r i s c h e n Vergleichung mit den Normalen der R e i c h s a n s t a l t u n t e r B e n u t z u n g der der L a m p e beigegebenen Flammenmesser. § 4. E r g i b t die P r ü f u n g , daß 1. die W a n d s t ä r k e des Dochtrohres u m nicht mehr als 0,02 m m im Mehr oder 0,01 m m im Minder, seine L ä n g e u m nicht m e h r als 0,5 m m im Mehr oder Minder, sein innerer D u r c h m e s s e r u m n i c h t m e h r als 0,1 mm im Mehr oder Minder von d e m Sollwert a b w e i c h t , ferner bei a u f g e s e t z t e r Lehre der A b s t a n d von d e m oberen Dochtr o h r r a n d e bis zur Schneide der Lehre um nicht mehr als 0,1 m m von seinem Sollwert a b w e i c h t , 2. die L i c h t s t ä r k e von ihrem Sollwert um nicht m e h r als 0,02 desselben abweichend g e f u n d e n ist, so findet die B e g l a u b i g u n g s t a t t . § 5. Die B e g l a u b i g u n g geschieht, indem auf den folgenden Teilen der Lampe: 1. 2. 3. 4. 5.

dem dem dem dem der

Gefäß, die D o c h t f ü h r u n g e n t h a l t e n d e n Dochtrohr, Flammenmesser, Lehre

Kopf,

Man bedenke, daß diese Bestimmungen im Jahre 1893 aufgestellt worden s i n d ; daher »Hefnerlicht«. H e u t e würde man sagen »Hefnerkerze«. 2 ) E n t s p r e c h e n d Fig. 23 u. 24.

64

IV.

Kapitel.

Lichteinheilen

die gleiche laufende Nummer angebracht wird. Als letzteres über den Befund der Prüfung die Fehler in der Angabe der Sollwertes angibt.

und

Zwisehenlichtquellen.

nebst einem Kennzeichen der Prüfung dient der Reichsadler. Außerdem wird eine Bescheinigung ausgestellt, welche L i c h t s t ä r k e abgerundet auf 0,01 ihres § 6.

An Gebühren werden erhoben: 1. einem 2. Visier 3. einem 4. einem

F ü r die Prüfung und Beglaubigung einer Hefnerlampe Flammenmesser 3 M. F ü r die Prüfung und Beglaubigung einer Hefnerlampe und optischem Flammenmesser 4,50 M. F ü r die Prüfung und Beglaubigung einer Hefnerlampe Ersatzdochtrohre und einem Flammenmesser 4,50 M. F ü r die Prüfung und Beglaubigung einer Hefnerlampe Ersatzdochtrohre und beiden Flammenmessern 5.50 M.

mit mit mit mit

C h a r 1 o t t e n b u r g , den 30. März 1893. Physikalisch-Technische Reichsanstalt, gez. v. Helmholtz.

§ 30.

Die Pentanlampe.

Die P e n t a n l a m p e n 1 ) von A. G. Vernon Harcourt sind in zwei Modellen, dem einkerzigen von 1877 und dem zelinkerzigen von 1898 in England sehr verbreitet. Das Brennmaterial ist Pentan C 5 H 1 2 . Pentan ist, wie Brodhun bemerkt, kein einheitlicher Körper, sondern ein Gemisch von verschiedenen Isomeren, die verschiedene Siedepunkte haben. Welchen Einfluß eine Verschiedenheit der Zusammensetzung auf die L i c h t s t ä r k e ausübt, ist bisher nicht zuverlässig untersucht worden, läßt sich auch wohl schwer mit Sicherheit feststellen. Die Londoner Gas-Referees gaben Vorschriften, nach denen der Brennstoff hergestellt werden soll. Danach soll Pentan aus ameri} A. (1. Vernon Harcourt, A new I nit of Light for Photometry. Chemical News 36. S. 103. 44. S. 243. 1877. — Fleming, The Photometry of electric lamps. Journal of Proc. of Institution of Electrical Engineers 32. part. 159. 1903. — Liebenthal, Über die Abhängigkeit der Hefnerlampe und der Pentanlampe von der Beschaffenheit der umgebenden Luft. Journal für Gasbeleuchtung 38. S. 505. 1895. — Die 10 Kerzen-Pentanlampe. Journal für Gasbeleuchtung 41. S. 654. 1898. - J . S. Dow, The Sources of Error on the Harcourt 10 C. P. Pentane Standard. The Electrical Review (London) 59. S. 491. 1906. — Brodhun, Hefnerlampe und 10 Kerzen-Pentanlampe. Journal für Gasbeleuchtung 52. S. 671. 1909. 1

§ 30. Die P e n t a n l a m p e .

65

kanischem Petroleum durch fraktionierte Destillation gewonnen werden. Die vorschriftsmäßige Flüssigkeit, die zwischen 25° und 40° überdestilliert sein muß, besteht, wie angegeben wird, »hauptsächlich aus Pentan mit geringen Beimengungen von niedrigeren oder höheren Homologen«. Das spezifische Gewicht der Flüssigkeit soll zwischen 0,6235 und 0,626 liegen. Ist nun das Gefäß mit dem sehr flüchtigen Pentan nicht sehr gut verkorkt, oder mußte man häufiger hin und her gießen, so destillieren die am leichtesten flüchtigen Bestandteile ab, das spezifische Gewicht erhöht sich, und der Brennstoff ist nicht mehr vorschriftsmäßig. Die dochtlose 1-Kerzenlampe 1 ) wurde der British Association im Jahre 1877 in Plymouth vorgeführt. Der Brenner dieser Lampe (Fig. 29) besteht aus einer Messingröhre M, 4 " (102 m m ) l a n g und 1" (25,4 mm) im Durchmesser, welche am Kopf einen Messingzapfen Z trägt von 0,5" (12,7 mm) Dicke mit einer Bohrung von 0,25" (6,3 mm). Um den Brenner ist ein Glaszylinder G von 6 " (152 mm) Höhe und 2 " (50,8 mm) Durchmesser angeordnet, dessen oberer Rand mit dem des Brenners in gleicher Höhe liegt. Die L u f t tritt durch Offnungen in die Galerie ein, auf welcher der Glaszylinder steht und strömt um die Flamme in die Höhe. Ein Stück Platindraht P von 0,6 mm Dicke wird durch einen Träger 63,5 mm über dem obersten Rand des Brenners gehalten. Der für den Brenner verwendete Brennstoff ist ein Gemisch aus Pentandampf und L u f t in dem Verhältnis von 7 Volumteilen P e n t a n zu 20 Volumteilen L u f t . Dieses Gemisch wird in einem Gasbehälter in dem Verhältnis von 9 Kubikzoll (0,15 1) Pentan und 3 Kubikfuß (85 1) L u f t hergestellt und soll bei einem Barometerdruck von 30" (761,9 mm) und bei einer Temperatur von 62° F (16,7° C) ein Volumen von 4 Kubikfuß haben (genauer zwischen 4,02 und 4,1 Kubikfuß). Von diesem Gemisch wird in dem beschriebenen Brenner 0,5 Kubikfuß (14,2 1) verbrannt (oder mindestens 0,48 und höchstens 0,52 Kubikfuß). Das Luftgas geht auf dem Wege zum Brenner durch einen kleinen Gasmesser und Regulator. Die Flammenhöhe wird durch einen empfindlichen Hahn auf 63,5 mm reguliert, so daß die Flamme gerade den Platindraht berührt. Diese Regulierung erfordert Sorgfalt; bei der

1883. -

Proc. Brit. Assoc. P l y m o u t h S. 51. 1877. Proc. B. A. Bristol S. 845. 1898.

U p p e n b o r n - M on a s c h , L e h r b u c h der

Photometrie.

- Proc. B. A. Southport S. 426.

66

IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

Beobachtung sollte für das Auge des Beobachters der größte Teil der Flamme abgeblendet werden, so daß nur die Flammenspitze sichtbar bleibt. Nach Vollendung dieser Vorbereitungen erhält man eine gelbweiße Flamme, deren Lichtstärke derjenigen der englischen Kerze gleichkommt, aber viel konstanter als die der letzteren ist. Der Einfluß der Veränderungen von Luftfeuchtigkeit und Luftdruck wurde von Liebenthal 1 ) und Harcourt 2 ) untersucht. Nach Harcourt ist bei der 1-Kerzenlampe die Flammenhöhe umgekehrt proportional dem Barometerstand; Harcourt gibt folgende Regel, um die beobachtete Flammenhöhe auf eine Normalhöhe zu reduzieren: Die Normalhöhe der Flamme, für welche die Lichtstärke 1 Kerze beträgt, ist 63,5 m m bei einem Barometerstand von 761,9 mm Hg, und für jeden Zehntelzoll (2,5 mm) über oder unter 761,9 mm muß die Flammenhöhe eine gleiche Zahl von Vs Millimeter unter oder über 63,5 mm sein. Wenn daher das Barometer 30,5" (786,9 mm) zeigt, so muß die Flammenhöhe 62,5 mm betragen. In neuerer Zeit wird das 1-Kerzenmodell der Pentanlampe auch mit Docht ausgerüstet. Hierdurch wird die Flamme steifer. Liebenthal 3 ) untersuchte den Einfluß der Luftfeuchtigkeit auf die Harcourtsche 1-Kerzenlampe mit Docht und fand, daß ihre Lichtstärke / in H K sich durch die Formel J = 1,232 (1—0,0055 w) ausdrücken läßt, wobei w den Wassergehalt eines cbm L u f t in 1 darstellt. Die Formel genügt für einen Wassergehalt von 4 bis 18 1. Der Einfluß des Luftdruckes auf die Lichtstärke wird durch folgende Formel dargestellt: A J — 0,00049 (H — 760), worin A J die Veränderung der Lichtstärke bedeutet, welche einem Luftdruck von H mm Hg entspricht. Eine Erhöhung des Luftdruckes um 40 m m verursacht also eine Erhöhung der Lichtstärke um 2%. Außer der 1-Kerzen-Pentanlampe ist auch noch die 10-KerzenPentanlampe in England in Gebrauch. Sie wurde insbesondere von den Gasgesellschaften zur Messung der Lichtstärke des Gases angenommen. Als Brennstoff für Harcourts 10-Kerzen-Pentanlampe dient ein Gas, welches durch Sättigung atmosphärischer L u f t mit Pentan1

) E. Liebenthal, E. T. Z. 9. S. 96. 1888. ) Proc. Brit. Assoc. Aberdeen 1885. 3 ) E. Liebenthal, Journal für Gasbeleuchtung 38. S. 505. 1895. 2

§ 30.

Die Pentanlampe.

67

dämpfen entsteht und infolge seiner Schwere zu einem Rundbrenner hinabsinkt. Die F l a m m e besitzt eine ganz bestimmte F o r m ; ihre Spitze ist dem Auge durch einen langen, über dem Brenner angebrachten Metallschornstein entzogen. Der Schornstein ist von einem weiteren Metallrohre umgeben, in welchem infolge der Heizwirkung des Schornsteins ein Luftzug nach oben e n t s t e h t ; dieser Luftzug setzt sich durch ein drittes Rohr nach unten hin fort und führt der B r e n n e r m i t t e Sauerstoff zu. Auf diese Weise ist nicht nur ein Glaszylinder unnötig gem a c h t , sondern es fallen auch alle Behelfe, den P e n t a n d a m p f dem Brenner unter Druck zuzuführen, weg. Fig. 30 zeigt die Gesamtansicht der 10-Kerzenlampe. Ihr wesentlichster Teil ist ein Argandbrenner ^4, dessen ringförmiger Specksteinkopf einen äußeren Durchmesser von 24, einen inneren von 14 mm besitzt und 3 0 Löcher von 1,25 bis 1,5 mm Durchmesser enthält. Oberhalb des Brenners, und zwar genau 47 mm über ihm, sitzt ein zylindrischer Metallschornstein B , der von einem unten offenen gleichfalls zylindrischen Metallmantel C umgeben ist. Die F l a m m e ragt zum Teil in den Schornstein hinein; ihre Höhe kann an einem in dem Schornstein angebrachten Glimmerfenster beobacht e t werden. U m störenden Luftzug abzuhalten, ist die F l a m m e von einem weiten konischen M e t a l l s c h i r m D umgeben, der auf der dem Photometerschirm zugewandten Seite einen Ausschnitt besitzt. Der L u f t r a u m zwischen dem Schornstein und dem erwähnten Metallmantel steht durch eine Rohrleitung mit dem Innenraum des Brenners in Verbindung. Die innere Verbrennungsluft muß also an dem von der F l a m m e erhitzten Schornstein vorbeistreichen und wird so vorgewärmt. E t w a 40 cm über dem Brenner ist ein Metallgefäß E angebracht, das zum Teil mit Pentan gefüllt ist. Die Decke dieses Gefäßes h a t zwei durch Hähne verschließbare Öffnungen, von denen die eine die Außenluft eintreten läßt, während an der anderen ein zum B r e n n e r führender Gummischlauch F befestigt ist. Die über dem P e n t a n befindliche L u f t mischt sich mit dem P e n t a n d a m p f ; das Gemisch 5*

68

IV. K a p i t e l .

Lichteinheiten und

Zwischenlichtquellen.

fällt durch den Gummischlauch zum Brenner hinab und kann liier entzündet werden. Die vorgeschriebene Flammenhöhe wird mit Hilfe der erwähnten Hähne einreguliert. Der Sättigungsraum E ist zu Beginn einer Beobachtungsreihe bis zu 2 / 3 seiner Höhe mit P e n t a n gefüllt; durch zeitweises Nachgießen hat man dafür zu sorgen, daß der Flüssigkeitsspiegel, den man durch Fenster beobachten kann, nicht unter Ys" fällt. Die Gaszuströmung kann durch einen Hahn oder durch Veränderung der in den Sättigungsraum E eintretenden Luftmenge mittels des in Fig. 30 links sichtbaren Hahnes geregelt werden. Zu diesem letzteren Zwecke ist als Drosselvorrichtung ein Metal kegel mit seiner Spitze an dem einen Ende eines Hebels aufgehängt; die Auf- und Abwärtsbewegung des Hebels erfolgt durch einen aa seinem anderen Ende befestigten Schnurlauf. Der Hebel ist in nächster Nähe des Aufhängepunktes des Kegels auf einem vertikalen, am oberen Ende des Hahnes befestigten Arme gelagert. Der Schnurlauf ist vo.i oben zu einer kleinen, auf dem Beobachtungstische befindlichen Rollo hinabgeführt und gelangt von dieser in horizontaler Richtung zu eintr in einer Mutter sich bewegenden Schraube. Durch Drehen diestr Schraube kann der Beobachter die Flammenhöhe regulieren, ohne seinen Platz verlassen zu müssen. Am besten bringt man den H a i n in eine Stellung, bei der die Flamme ihre vorgeschriebene Höhe übeischreiten k a n n ; es empfiehlt sich jedoch, ihn erst dann ganz zu offner, wenn man den Regulierkegel in eine wirksame Lage gebracht hat. Beide Hähne sollen, wenn die Lampe nicht mehr benutzt wird, geschlossen werden. Der Schornstein C muß so gedreht werden, daJ kein Licht durch das an seiner Unterseite angebrachte Gliinmerfenstcr auf das Photometer fallen kann. Das untere Schornsteinende muJ sich in kaltem Zustande der Lampe 47 mm über dem Rundbrenner befinden. Zur Erleichterung dieser Einstellung ist eine zylindrisch; Buehsbaumlehre von 47 mm Höhe und 32 mm Durchmesser voigesehen. Der kegelförmige Schirm T) ist so einzustellen, daß durci die in ihm angebrachte Öffnung die ganze Oberfläche der Flammt, soweit sie nicht durch das Rohr C verdeckt ist, vom Photometef aus gesehen werden kann. Die Lampe muß mit ihren Fußschraubei so eingestellt werden, daß das Rohr C vertikal steht, wovon man sici mittels eines Senkels zu überzeugen hat und daß der obere R a n i des Brenners 353 mm über dem Tische liegt. Die letztere Einstellung wird mittels einer der Lampe beigegebenen Lehre vorgenommen. DeSchornstein C ist über dem Brenner mit Hilfe dreier Stellschraube!

§ 30.

Die P e n t a n l a m p e .

69

mii unteren R a n d e des Rohres l) und der oben e r w ä h n t e n Buchsb a u m l e h r e zu zentrieren. W e n n die L a m p e in G e b r a u c h ist, sind die H ä h n e so einzustellen, d a ß die F l a m m e n s p i t z e e t w a in h a l b e r Höhe zwischen der Unterseite des Glimmerfensters u n d d e m Quersteg sich b e f i n d e t ; ein Einstellungsunterschied von + 1 4 " ü b t keinen wesentlichen Einfluß auf die L i c h t s t ä r k e der L a m p e aus. Der S ä t t i g u n g s r a u m E sollte auf seinem Traggestell so weit v o n der Mittelsäule entf e r n t a n g e b r a c h t werden, als es der Anschlag am R a n d e des Gestells e r l a u b t . Sollte die F l a m m e , n a c h d e m die L a m p e J 4 S t u n d e g e b r a n n t h a t , eine Neigung zeigen niedriger zu werden, so k a n n m a n den Sättig u n g s r a u m etwas näher an die Säule h e r a n r ü c k e n . U m einer allmählichen S t a u b a n s a m m l u n g im Brenner oder in den L u f t k a n ä l e n v o r z u b e u g e n , soll man die L a m p e , wenn sie a u ß e r G e b r a u c h ist, mit einem kleinen, auf die Ö f f n u n g von H passenden Deckel, ähnlich d e m einer Pillenschachtel, verschließen. Nach den Messungen von P a t e r s o n 1 ) n i m m t die L i c h t s t ä r k e der 1 0 - K e r z e n - P e n t a n l a m p e durchschnittlich um 0 , 6 6 ° o ab, wenn die Feuchtigkeit um l 1 z u n i m m t . W e n n der B a r o m e t e r s t a n d um 10 mm ansteigt, n i m m t die Lichts t ä r k e der 1 0 - K e r z e n - P e n t a n l a m p e nach P a t e r s o n um 0 , 8 % zu. Die L i c h t s t ä r k e der 1 0 - K e r z e n - P e n t a n l a m p e b e t r ä g t bei 8,8 1 und 760 mm 11,0 I I K . hei 10 I und 760 mm 10.0 H K . Die L i c h t s t ä r k e der 1 0 - K e r z e n - P e n t a n l a m p e ist daher um ca. 4 % kleiner als die zehnfache der l - K e r z e n - P e n t a n l a m p e . Im J a h r e 1000 hat das National Physical L a b o r a t o r y in L o n d o n angezeigt, d a ß k ü n f t i g als N o r m a l u m s t ä n d e , u n t e r denen die VernonH a r c o u r t - P e n t a n l a m p e die englische L i c h t e i n h e i t gibt, ein B a r o m e t e r s t a n d von 760 mm Quecksilbersäule und ein W a s s e r d a m p f g e h a l t der L u f t von 8 1 Wasserdampf pro 1 cbm t r o c k e n e r L u f t b e t r a c h t e t werden soll, w ä h r e n d f r ü h e r 10 1 Wasserdampf als n o r m a l a n g e n o m m e n w a r e n . I ber die Vorteile und Nachteile der H e f n e r l a m p e und der 10K e r z e n - P e n t a n l a n i p e im praktischen Betriebe ä u ß e r t sich B r o d h u n folgendermaßen: »Wenn m a n m i t beiden L a m p e n a r b e i t e t , so springen z u n ä c h s t eine Reihe von Vorzügen der P e n t a n l a m p e vor der H e f n e r l a m p e ins Auge. Die F l a m m e der H e f n e r l a m p e h a t eine etwas rötliche F ä r b u n g ; ihre L i c h t s t ä r k e ist gering, m a n m u ß deshalb v e r h ä l t n i s m ä ß i g n a h e an den P h o t o n i e t e r s c h i r m herangehen, also die E n t f e r n u n g zwischen ]

) P a t e r s o n , T h e E l e c t r i c i a n 58. S. 751. 1904.

70

IV. Kapitel. Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

ihm und der Flamme sehr genau messen. Die Flamme ist empfindlich gegen Luftzug, und ihre Höhe muß sehr genau eingestellt werden, da eine Änderung von 1 min in der Flamnienhöhe eine solche von nahezu 3 % in der Lichtstärke mit sich bringt. Demgegenüber ist die Farbe der Pentanflamme viel weißer, etwa gleich der der Kohlenfadenlampe. Die Lichtstärke ist etwa elfinal so groß wie die der Hefnerlampe; man kann also bei gleicher Helligkeit auf dem Photometerschirm von diesem über dreimal so weit entfernt bleiben wie bei der Hefnerlampe. Gegen Luftzug ist die P e n t a n f l a m m e nicht sehr empfindlich, und ihre Höhe braucht nicht mit großer Genauigkeit eingestellt zu werden. Jenen leicht erkennbaren Mängeln der Hefnerlampe stehen aber auch auf der Hand liegende Vorteile im Gebrauch gegenüber. So ist die Hefnerlampe viel handlicher, viel leichter aufgestellt und in Betrieb gesetzt als die über sechsmal so hohe Pentanlampe, die sorgfältig horizontiert und wegen der abblendenden Wirkung des Schornsteins genau so gestellt werden muß, daß der untere Rand des Schornsteins mit der Mitte des Photometerschirmes in gleicher Höhe liegt. Dazu ist die Hefnerlampe in bezug auf die Lichtstärke nach den Erfahrungen der Reichsanstalt viel weniger empfindlich gegen Luftverschlechterung als die Pentanlampe, was bei den häufig nicht großen Photometerräumen von Bedeutung ist. Ferner zeigte die Lichtstärke der Pentanlampe häufig unter den gleichen meteorologischen Verhältnissen im Laufe einiger Stunden deutliche Änderungen (bis zu 1 %), für die eine Erklärung nicht gegeben werden konnte, während sich bei der Hefnerlampe solche Abweichungen nicht feststellen ließen. Auch der billigere Preis der Hefnerlampe muß als ein naheliegender Vorzug erwähnt werden.«

§ 31. Andere Lichteinheiten. Es ist noch eine Reihe von Einheitslichtquellen vorgeschlagen worden, die jedoch meistens nicht den an Einheitslichtquellen zu stellenden Anforderungen genügen und daher des historischen Interesses wegen nur kurz erwähnt werden sollen, zumal sie eine meist nur lokal begrenzte geringe Anwendung gefunden haben. Die K e a t e s l a m p e ist eine mit Paraffinöl gespeiste Carcellampe; sie wird gelegentlich in England benutzt. Die P i g e o n 1 a m p e ist eine mit Gasolin gespeiste Dochtlampe, die früher viel in Frankreich benutzt wurde.

§ 32. Zweck der Zwischenlichtquellen.

71

Die M e t h v e n l a m p e ist eine Leuchtgaslampe mit Argandbrenner, deren Flamme in ihrem hellsten Teile gleichmäßig leuchten soll, was nicht zutrifft. Vor diesem hellsten Teil der Flamme wird eine rechteckige Blende, der Methvenschlitz angebracht. Die Methvenlampe wurde viel in englischen Gaswerken benutzt. Die E d g e r t o n l a m p e ist eine Methvenlampe, bei welcher der Glaszylinder durch einen Metallzylinder ersetzt ist, in dem direkt der Licht durchlassende Schlitz angebracht ist; sie wird in amerikanischen Gaswerken benutzt. Die G i r o u d l a m p e ist eine Gaslampe mit automatisch geregelter Gaszufuhr. Uppenborn fand, daß die Lichtstärke der Giroudlampe in hohem Maße von der Zusammensetzung des Leuchtgases abhängig ist. Die Methvenlampe, Edgertonlampe und Giroudlampe sind als Einheitslichtquellen nicht zu gebrauchen, können aber als Zwischenlichtquellen verwendet werden. (S. auch S. 45.) Die Ä t h e r - B e n z o 11 a m p e ist ein Abkömmling der Pentanlampe, nur daß als Brennstoff eine Mischung von 9 Teilen Benzol in 100 Teilen Äthyläther verwendet wird. Diese Lampe wird von der holländischen Lichtmeßkommission vorgeschlagen. Die A z e t v 1 e n 1 a m p e. Die Genauigkeit der chemischen Zusammensetzung des Azetylens, seine leichte Herstellungsart und das intensive Weiß der Azetylenflamme ließen die Azetylenlampe als Einheitslichtquelle geeignet erscheinen. Indessen besteht heute noch keine befriedigende Azetylennormallampe. Die Brenneröffnungen verstopfen sich zu leicht, die Flamme ist zu empfindlich gegen Druckänderungen.

B. Zwischenlichtquellen. § 32. Zweck der Zwischenlichtquellen. Die sekundären Normallichter dienen zunächst als Ersatz für die primären Lichteinheiten, deren ständige Benutzung umständlich und kostspielig ist. Die Regulierung der Carcellampe z. B. ist, weil bei ihr der Verbrauch von 42 g Colzaöl herbeigeführt werden muß, sehr schwierig und mühsam. Außerdem ist es schwierig, ihre Lichtstärke längere Zeit konstant zu halten, weil der Docht verkohlt. Der Betrieb der Pentanlampe und der Hefnerlampe ist kostspielig und besonders bei der letzteren sehr schwierig, weil die Flamme wenig steif ist und auf die kleinste Luftbewegung anspricht, so daß bei der Hefnerlampe ein eigener Beobachter erforderlich ist, welcher die Augen-

IV. Kapitel.

72

Lichteinheiten und Zwischenlichtquellen.

blicke, an denen gerade die vorgeschriebene F l a m m e n l ä n g e erreicht ist, a n g i b t . Die H e f n e r l a m p e h a t ferner ein sehr rotes L i c h t , welches sich zum direkten Vergleiche mit m a n c h e n anderen L i c h t q u e l l e n schlecht eignet. Aus diesem G r u n d e ist m a n b e s t r e b t , die H e f n e r l a m p e n u r zur E i c h u n g einer a n d e r e n Lichtquelle (Zwischenlichtquelle) zu vorwenden, welche sich zu a u s g e d e h n t e n p h o t o m e t r i s c h e n A r b e i t e n besser eignet. Solche Zwischenlichtquellen oder s e k u n d ä r e L i c h t e i n h e i t e n b r a u chen n u r w ä h r e n d b e s t i m m t e r Zeit von einigen S t u n d e n etwa kons t a n t zu sein. Bei wirklich g u t e n Zwischenlichtquellen ist allerdings schon m a n c h m a l eine K o n s t a n z auf viel längere Zeit erreicht worden. Vielfach h a t m a n , wenn es sich u m L a m p e n von u n g e f ä h r 1 H K h a n d e l t , gewöhnliche im H a n d e l erhältliche B e n z i n l a m p e n mit Glaszylinder b e n u t z t 1 ) . Weil hierbei Brennstoff u n d Glaszylinder wechseln, müssen derartige L a m p e n für jeden neuen Fall der B e n u t z u n g frisch geeicht werden. Zwischenlichtquellen h a b e n in vielen Fällen a u c h noch die Bed e u t u n g , d a ß sie die Messung sehr großer L i c h t s t ä r k e n bei Bogenl a m p e n ermöglichen sollen. Bei den p h o t o n i e t r i s c h e n E i n r i c h t u n g e n der ersten elektrischen Ausstellung in Paris 1881 b e n u t z t e m a n keine Zwischenlichtquelle, sondern die Carcellampe. In M ü n c h e n w u r d e gelegentlich der elektrischen Ausstellung im J a h r e 1882 als Xorrnaleinheit eine P a r a f f i n n o r m a l k e r z e b e n u t z t . Mit dieser w u r d e ein Einlochbrenner (Giroud) verglichen, mit d e m E i n l o c h b r e n n e r ein Argandbrenner, mit dem A r g a n d b r e n n e r ein S i e m e n s b r e n n e r und mit diesem endlich die zu messende B o g e n l a m p e . Im G e b ä u d e der elektrischen Ausstellung in AVien w a r keine Gasleitung v o r h a n d e n . E s w u r d e d a h e r mit der Normalkerze eine kleine P e t r o l e u m l a m p e verglichen, mit dieser eine große P e t r o l e u m l a m p e u n d mit letzterer die zu messende Bogenlampe. Nach K r ü ß 2 ) b e t r ä g t die mittlere S c h w a n k u n g einer guten P e t r o l e u m l a m p e + 0 , 4 % . Seit dem J a h r e 1888 w u r d e n von U p p e n b o r n u n d vielen anderen als Vergleichslichtquellen elektrische G l ü h l a m p e n v e r w e n d e t . Glühl a m p e n eignen sich ganz h e r v o r r a g e n d zu p h o t o m e t r i s c h e n Messungen, weil ihre L i c h t s t ä r k e nicht wie die der F l a m m e n von der Z i m m e r l u f t 1

) Uppenborn, Über konstante Vergleichslichtquellen f ü r photometrische Zwecke. Zentralblatt f ü r Elektrotechnik 10. S. 186. 1888. 2 ) II. Krüß, Petroleumlampen als Zwischenlichtquellen in der elektrotechnischen Photometrie. Zentralblatt f ü r Elektrotechnik 7. S. 287. 1885. — B.Nebel, Über den Einfluß des Zylinders auf die Lichtstärke und den Ölverbrauch bei Petroleumlampen. Zentralblatt f ü r Elektrotechnik 11. S. 20. 1889.

§

Einfadenlampe.

73

a b h ä n g i g ist u n d bei A n w e n d u n g v o n A k k u m u l a t o r e n b a t t e r i e n l ä n g e r e Zeit h i n d u r c h völlig k o n s t a n t g e h a l t e n w e r d e n k a n n , w e n n m a n m i t Hilfe eines e m p f i n d l i e h e n S p a n n u n g s m e s s e r s z. B. eines g r o ß e n N o r n i a l v o l t m e t e r s v o n W e s t o n o d e r eines K o m p e n s a t o r s die S p a n n u n g g e n a u k o n t r o l l i e r t u n d k o n s t a n t h ä l t . J e w e n i g e r die G l ü h l a m p e a n g e s t r e n g t ist, d e s t o l ä n g e r b l e i b t sie k o n s t a n t . Die L i c h t s t ä r k e d e r G l ü h l a m p e m u ß a b e r im a l l g e m e i n e n v o r u n d n a c h e i n e r l ä n g e r e n M e s s u n g s r e i h e g e p r ü f t w e r d e n . Bei d e r B e n u t z u n g v o n G l ü h l a m p e n ist es n o t w e n d i g , Stollen d e r G l a s h ü l l e in die P h o t o n i e t e r a c h s e zu b r i n g e n , w e l c h e einigermaßen parallele Oberf l ä c h e n a u f w e i s e n , d a m i t nicht durch Unregelmäßigkeiten der Glashülle das I'olardiagraimn der h o r i z o n t a l e n Lichtstärke u n g l e i c h f ö r m i g wird.

§ 33.

Einfadenlampe.

Auf V e r a n l a g u n g d e r P h y sikalisch - T e c h n i s c h e n Reich>a n s t a l t hat die F i r m a S i e m e n s & l l a l s k e die in d e r Fig. .'!! dargestellte Speziallampe für photonietrisehe Zwecke hergestellt. I )ie g e r a d e g e s t r e c k t e Form des K o h l e n f a d e n s , der d u r c h eine a m o b e r e n K o n t a k t e befestigte zylindrische Spiralfeder s t e t s in g e s p a n n t e m Zus t a n d e g e h a l t e n w i r d , ist f ü r photonietrisehe Zwecke sehr

Fi«. 31.

v o r t e i l h a f t , weil sie sich r e c h nerisch behandeln läßt. Man k a n n n ä m l i c h , wie auf S. 8 8 gezeigt w i r d , a u s einer e i n z i g e n M e s s u n g die m i t t l e r e s p h ä r i s c h e L i c h t s t ä r k e m i t g e n ü g e n d e r G e n a u i g k e i t b e r e c h n e n , w e n n m a n a n Stelle d e s t h e o retischen Koeffizienten 0,785 den d u r c h B e o b a c h t u n g g e f u n d e n e n 0,76 b e n u t z t . Auf diese W e i s e l ä ß t sich die L a m p e a u c h z u r E i c h u n g d e r Ulbriehtschen Kugel benutzen. A u c h die E i n s t e l l u n g d e r N o r m a l g l ü h l a i n p e auf P h o t o m e t e r b a n k ist s e h r leicht g e n a u a u s z u f ü h r e n .

der

Skala

der

74

IV. Kapitel.

L i c h t e i n h e i t e n ur.d Zwischenlichtquellen.

Die Lampen werden in der Fabrik einer Art Alterungsprozeß unterworfen, d. h. eine Zeit lang gebrannt und dann photometriert; dieses Verfahren wird solange fortgesetzt, bis zwei aufeinanderfolgende Messungen dieselbe Lichtstärke ergeben. Die Kohlenfäden sind ziemlich dick und verändern sich deshalb anfangs ziemlich stark. Ist aber der Alterungsprozeß vollendet, so bleiben sie lange Zeit konstant. Die im folgenden mitgeteilten Prüfungsergebnisse wurden mit zwei derartigen Lampen für 28 Volt und mit einem Stromverbrauch von etwa 3,7 Amp. von Uppenborn erhalten. Beide Lampen hatten vor Beginn der P r ü f u n g bereits 18 Stunden bei normaler Spannung gebrannt und wurden hierauf nach den in der folgenden Tabelle angegebenen Brennzeiten bei einer Spannung von 28 Volt photometriert. Hierbei wurden die Lampen vertikal in die Photometerbank eingesetzt und stets so eingestellt, daß immer eine und dieselbe auf dem Lampensockel durch einen Strich bezeichnete Richtung dem Photometerkopf zugewendet lag. B r e n n d a u e r in S t u n d e n Lichtstärke s e n k r e c h t zur Glühfadenachse HK:

Lampe I

18

20

17,4 18,1

L a m p e II 13,0 13,2

22

25 ; 30

18,1

—

35

40 ' 60

80

95

18,2 18,0 ' 18,1 ' 18,1 ' 18,G 18,4 ;

13,1 13,0 13,1

1

13,2 : 12,8 12,9

12,3 11,9

Lampe I h a t sich also zu Beginn der P r ü f u n g noch erheblich geändert, während Lampe II bereits von Anfang an ziemlich konstante Lichtstärke aufwies. Für die Zeit zwischen 20 und 60 Brennstunderi bei Lampe I und zwischen 18 und 35 Brennstunden bei Lampe II, während welcher die Lichtstärke beider Lampen annähernd konstant ist, ergibt sich eine mittlere Abweichung vom Mittelwerte der Lichtstärke von 0,18% für Lampe I und von 0,51% für Lampe II. Die Fig. 32 und 33 zeigen die Polardiagramme der Lichtstärken beider Lampen in der durch die Fadenmitte gelegten, auf der Fadenachse senkrechten Ebene, wie sie nach 95 Brennstunden erhalten wurden. Die Abweichungen von der mittleren Horizontallichtstärke, welch letztere in den Figuren durch ausgezogene Kreise angedeutet ist und bei Lampe I 18,7, bei Lampe II 12,3 H K beträgt, sind in beiden Fällen erheblicher, als m a n nach der günstigen Fadenform h ä t t e erwarten können, und zwar beträgt die größte Abweichung bei Lampe I 4,3%, bei Lampe II 4,9%. Die Abweichungen in der für die Dauerprüfung angenommenen Meßrichtung betragen 1,6 und 3,3%. Diese Unter-

§ 33.

Einfadenlampe.

75

76

IV.

Kapitel.

Lichteinhciten und

Zwischenlichtquellen.

schiede in der L i c h t s t ä r k e rühren n a t u r g e m ä ß in e r s t e r L i n i e von einer mangelhaften

Beschaffenheit

schein

zahlreiche

zeigte,

sind d a h e r

geeignet

zu

der Glashülle her,

Schlieren zeigen,

und

welch

die wie der

Augen-

Risse e n t h i e l t .

Beide

Fälle

großes G e w i c h t

hei der

Her-

stellung von X o r m a l l a m p e n auf eine sorgfältige A u s w a h l der Glashülle zu legen ist und d a ß m a n bei der E i n s t e l l u n g der L a m p e n in die P h o t o meterbank

vorsichtig verfahren

§ 34.

muß.

Flemings Normalglühlampe.

Auf G r u n d l a n g j ä h r i g e r V e r s u c h e ist F l e m i n g in L o n d o n zu einem Verfahren

gelangt,

Glühlampen

für

photometrische

Zwecke

herzu-

stellen. deren L i c h t s t ä r k e sich nur äußerst langsam

ändert

und die d a h e r als Zwisehenlichtquellen wenn mit

dienen

man der

ihre

können,

Fichtstärke

einer der

primären

X o r m a l l a m p e n verglichen h a t . (.'-förmige K o h l e n f ä d e n

wer-

den s o r g f ä l t i g a u s g e w ä h l t und behandelt.

.Man setzt

sie in

g e w ö h n l i c h e G l a s g l o c k e n und b r e n n t sie mit etwa 5 ° „ l berspanmmg ungefähr 50 Stunden.

.Nach diesem A l t e r u n g s -

prozeß

werden

die

Kohlen-

hügel, w e l c h e keinen aufweisen

dürfen,

Defekt

in

große

G l a s g l o c k e n von z y l i n d r i s c h e r Gestalt eingesetzt

und diese

werden d a n n s o r g f ä l t i g

eva-

kuiert.

eine

In

Fig. 34

solche L a m p e G r o ß e G l a s z y l i n d e r h a b e n g e g e n ü b e r den engen

ist

dargestellt.

R ö h r e n , wie sie

beispielsweise bei der E i n f a d e n l a m p e von S i e m e n s & H a l s k e v e r w e n d e t werden, v e r s c h i e d e n e V o r t e i l e . durch die im

Kohlenfaden

In i h n e n wird die G ü t e des V a k u u m s

okkludierten

Gase,

die m i t der Z e i t

frei

werden, v e r h ä l t n i s m ä ß i g weit weniger b e e i n t r ä c h t i g t als in engen Glashüllen, sie s c h w ä r z e n sich weniger l e i c h t , und e n d l i c h rufen sie k e i n e

§ 35. Doppelbügel-Normalglühlampe von Uppenborn.

77

so erheblichen Verzerrungen im Polardiagramme der Lichtstärken hervor wie die engen Röhren. Wenn derart behandelte Lampen mit einer Spannung von etwa 5% unter der normalen betrieben werden, so bleiben sie in ihren Lichtverhältnissen auf lange Zeit hinaus konstant. Die Richtung, in welcher die horizontale Lichtstärke der Lampe bestimmt ist,' wird durch einen Pfeil auf der Glashülle bezeichnet. Die Lampen werden von der Edison & Swan-United-Electr. Light Company, Limited, 36 & 37 Queenstreet, London E. C., geliefert mit einer genauen Gebrauchsanweisung und auf Wunsch mit einem Prüfungszeugnis von Prof. Fleming versehen.

Fig. 35.

In Fig. 35 ist das P o l a r d i a g r a m m der Lichtstärken einer solchen Flemingschen »Ediswanlampe« dargestellt. Es wurde in der durch die Lampenmitte gehenden, auf der Bügelebene senkrechten Horizontalebene aufgenommen und weist nicht nur in der Nähe der Meßrichtung, sondern auch in den meisten anderen Richtungen nahezu konstante Lichtstärken auf.

§ 35. Doppelbfigel-Normalglühlampe von Uppenborn. Auf Anregung von Uppenborn stellt Siemens und Halske die in Fig. 36 dargestellte Doppelbügellampe als photometrische Normallampe her. Die Lampe hat ungefähr die Form und Größe einer ge-

78

IV. K a p i t e l .

Lichteinheiten und

Zwischenlichtquellen.

wohnlichen K o h l e n f a d e n g l ü h l a m p e u n d besitzt zwei elektrisch h i n t e r e i n a n d e r geschaltete U-förmige Bügel, die i n e i 11 e r E b e n e a n g e o r d n e t sind. Die Herstellung erfolgt nach einem aus A m e r i k a s t a m m e n d e n V e r f a h r e n , ähnlich wie bei der Fleniingschen „\urinall a m p e : die F ä d e n machen zuerst in einer gewöhnlichen Birne einen Alterungsprozeß d u r c h u n d werden d a n n erst in die eigentliche Birne eingesetzt. Die Hintereinanderschaltung zweier Bügel h a t den Vorteil, daß die L a m p e trotz einfachster F a d e n f o r m für die übliche G e b r a u c h s s p a n n u n g von e t w a 110 Volt geliefert werden k a n n ; die A n o r d n u n g der F ä d e n in einer E b e n e h a t den Vorteil, daß der »optisehuSehwerpunkt« genau auf der L a n i p e n a c h s e liegt, was hei der sonst bei Kohlenfadenlampen üblichen Schleifenform meist n u r angen ä h e r t z u t r i f f t . D a m i t die F a d e n e b e n e genau s e n k r e c h t zur p h o t o m e t r i s c h e n Achse eingestellt werden k a n n , sind in der R i c h t u n g senkrecht zur F a d e n e b e n e in die Glasglocke n a h e a m Sockel zwei Figuren eingeätzt, u n d zwar auf der einen Seite ein Kreis, auf der anderen Seite ein rechtwinkeliges Kreuz, dessen beide Achsen gleich dem K r e i s d u r c h m e s s e r sind. Die E i n s t e l l u n g der L a m p e ist d a n n richtig, wenn v o m P h o t o m e t e r aus gesehen, das Kreuz g e n a u im

§ 36.

Metallfadenlampen.

79

Kreise zu liegen scheint. Das gleiche Figurenpaar ist außerdem auch in der Fadenebene selbst auf der Glashülle a n g e b r a c h t ; dieses zweite Figurenpaar k o m m t dann in B e t r a c h t , wenn, wie bei geschlossenen Photometerbänken, die Einstellung in die Achse nicht vom Photometor aus erfolgen kann, sondern durch Anvisieren längs einer durch die Lampenachse gehenden, auf der photometrischen Achse senkrechten Geraden vorgenommen werden muß. In Fig. 37 ist das Polardiagramm einer Doppelbügellainpe für eine zur Bügelebene senkrechte Horizontalebene dargestellt. Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, h a t man hei geringen Einstellungsfehlern keine merklichen Unterschiede der Lichtstärke gegen die in der Meßrichtung vorhandene zu befürchten. Die mittlere horizontale Lichtstärke betrug in dem in Fig. 37 dargestellten Falle 16,74 H K .

§ 36.

Metallfadenlampen.

E s lag nahe, daß nach dem Siegeszug der Metallfadenlampen, insbesondere derjenigen mit F ä d e n aus Wolfram die YVolframlampen als Zwischenlichtquellen verwendet wurden. Sie sind zu diesem Zwecke auch wenn der Faden genügend gesintert ist, hervorragend geeignet, da sie eine viel längere Brenndauer als die Kohlenfadenlampen ergeben. Die Deutsche Gasglühlicht A . - G . (Auergesellschaft) in Berlin baut eine Normalglühlampe (Fig. 38) mit Fäden aus Wolfram (Osramlampe). Drei Fadenbügel sind hintereinandergeschaltet; sie liegen alle in einer E b e n e . Das Polardiagramm (Fig. 39) ist in der Nähe der Senkrechten auf die Bügelebene kreisförmig. Die L a m p e soll als Vergleichslichtquelle nur in der Stellung verwendet werden, in welcher die E b e n e sämtlicher Fäden senkrecht zur Photometerachse liegt, also in der R i c h t u n g 0 ° — 1 8 0 ° in Fig. 39. In der R i c h t u n g der Fadenebene (90°—270°) selbst zeigt die Lichtausstrahlungskurve Fig. 3 9 ein ausgeprägtes Minimum der Lichtstärke. Die L i c h t s t ä r k e ist in der E b e n e 9 0 ° — 2 7 0 ° in Fig. 39 nicht mit eingezeichnet, weil der sich in dieser Meßebene ergebende Lichtstärkenwert von Zufälligkeiten abhängt, nämlich davon, ob die Überdeckung der drei Fadenschleifen mehr oder weniger vollkommen erfolgt. Theoretisch sollte sich eine L i c h t s t ä r k e von 1 / s des W e r t e s in der Richtung 0 ° — 1 8 0 ° ergeben, während die praktischen Meßergebnisse schwankende, höhere W'erte als 1 / 6 aufweisen. Diese Normal-Osramlampen sind für 50 H K bei 25 V o l t b e s t i m m t . Die Fadenlänge der in Fig. 3 8 dargestellten L a m p e ist derart bemessen, daß selbst bei Photometerbanklängen bis zu 2 m das Entfernungs-

§ 37.

81

Allgemeines.

gesetz noch i m m e r erfüllt wird. B e a c h t e n s w e r t ist a u c h die G l ü h f a d e n h a l t e r u n g , die in einer G e w i c h t s b e l a s t u n g der G l ü h f ä d e n durch entsprechend bemessene Gewichte b e s t e h t , die f ü r jeden einzelnen F a d e n bügel an d e m Glühfadenscheitel angreifen. Auch bei diesen L a m p e n ist die Glocke größer als bei den gewöhnlichen G l ü h l a m p e n .

Y. Kapitel.

Lichtstärke, Lichtstrom und mittlere Lichtstärke der Lichtquellen. § 37. Allgemeines. F ü r viele p h o t o m e t r i s c h e A u f g a b e n ist es notwendig, eine graphische D a r s t e l l u n g des Verlaufs der L i c h t s t ä r k e n zu besitzen. Besitzt eine Lichtquelle in jedem Meridian und in jedem A z i m u t dieselbe L i c h t s t ä r k e , so ist die L i c h t s t r a h l u n g durch eine Kugel darstellbar, deren R a d i u s der L i c h t s t ä r k e e n t s p r i c h t . Der die L i c h t s t ä r k e in den v e r s c h i e d e n e n R i c h t u n g e n des R a u m e s darstellende K ö r p e r h e i ß t »p h o l d in e t r i s c h e r K ö r p e r«. Eine S c h n i t t e b e n e des p h o t o metrischen Körpers, die d u r c h den L i c h t p u n k t geht, heißt L i c h t a u s s t r a h l u n g s k u r v e oder P o l a r d i a g r a m m . Ist der p h o t o m e t r i s c h e K ö r p e r ein R o t a t i o n s k ö r p e r und wird das P o l a r d i a g r a m m durch ein einfaches m a t h e m a t i s c h e s Gesetz b e s t i m m t , so genügt eine einzige Mess u n g der L i c h t s t ä r k e zur K o n s t r u k t i o n des P o l a r d i a g r a m m s und zur B e r e c h n u n g des L i c h t s t r o m s . Im J a h r e 1879 hat A 1 1 a r d den Begriff der s p h ä r i s c, h e n (räumlichen) L i c h t s t ä r k e e i n g e f ü h r t . U n t e r m i t t l e r e r s p h ä r i s c h e r L i c h t s t ä r k e ./o v e r s t e h t man diejenige L i c h t s t ä r k e , welche v o r h a n d e n wäre, wenn der gesamte von der Lichtquelle ausgehende Lichts t r ö m g l e i c h m ä ß i g über eine um die L i c h t q u e l l e als Mittel]) u n k t g e l e g t e K u g e l f l ä c h e v e r t e i l t wäre. Unter mittlerer h e m i s p h ä r i s c h e r L i c h t s t ä r k e versteht man diejenige Lichtstärke, welche vorh a n d e n w ä r e , w e n n d e r v o n e i n e r i in M i t t e l p u n k t e i n e r K u g e l b e f i n d l i c h e n L i c h t q u e l l e in die e i n e Halbkugel ausgehende L i c h t s t r o m gleichmäßig Ii pp cii b orn-JI oii ascli, Lehrbuch der Photometrie.

g

82

V . Kapitel.

Lichtstärke, Lichtstrom etc.

ü b e r die O b e r f l ä c h e d i e s e r H a l b k u g e l verteilt w äre. Man unterscheidet zwischen u n t e r e r hetnisphärischer Lichtstärke und oberer hemisphärischer Lichtstärke

§ 38. Lichtausstrahlung einer punktförmigen Lichtquelle. Der gesamte von einer punktförmigen Lichtstrom läßt sich leicht berechnen.

Lichtquelle

ausgehende

Nach Gleichung (2) S. 29 § 16 ist: ds = r'2-doj

s oder CD = i r

Für die ganze Kugel ist die Oberfläche s = 4 TI r2. d0 Ferner ist nach Gleichung (2) S. 2 9 : J = oder, wenn j überall d0> 0 . denselben \\ ert h a t : J = oder der Lichtstrom 0 — J • .

Man bildet zunächst das Differential des Lichtstromes für die Zone von der Breite ds und dem Radius e. Die Oberfläche der Zone

§ 40. Ebenes Flächenelement.

ist 2 neds, mithin ist der entsprechende Körperwinkel In

eds

83 2 ^ g cts

^—i somit

J.

1)

Nun ist aber wie ersichtlich: e = r • sin a und ds = r • da. Daher ist: In - r sin a - r da J — 2n J sina • da. d0 =

2)

Integriert man, so wird

0

IC

2n j " / s i n a da

.

.

.

3)

Dieses Integral läßt sich aber nur dann lösen, wenn J eine bekannteFunktion von a ist. In dem schon oben betrachteten Falle einer Lichtquelle, deren Lichtstärke in allen Richtungen den nämlichen Wert aufweist, ist J — const. Alsdann ist 0

•v/2

= 2nJ

^sina da — in J j sina • da . 4) o o Löst man das Integral auf, so ergibt sich:

0 — i nj[—cosa]

.7/2

= inj,

.

.

5) Fig. 40.

wie sich schon oben auf S. 30 ergeben hatte. Der vorhin behandelte Fall des leuchtenden Punktes hat eine mehr theoretische Bedeutung, da es leuchtende Punkte nicht gibt; in Wirklichkeit wird man sich den Punkt immer als eine kleine leuchtende Kugel vorstellen müssen. Um im folgenden der Wirklichkeit näher zu kommen, sollen zunächst leuchtende Flächen beträchtet werden.

§ 40. Ebenes Flächenelement. a) L i c h t s t ä r k e . Errichtet man auf dem leuchtenden ebenen Flächenelement ds in Fig. 41 eine Normale ON, dann besitzt dieses Element in der Richtung ON eine Lichtstärke J , welche gleich ist dem Produkt aus der Flächenhelle e und Oberfläche ds. Es ist also J = eds. Die Lichtstärke Ja in einer beliebigen Richtung a ist eds • cos a. Trägt man nun die Lichtstärke J auf der Normalen auf, so liegen die Endpunkte aller übrigen Strahlen der Lichtstärke auf 6*

84

V. Kapitel. Lichtstärke, Lichtstrom etc.

einer Kugerloberfläche, d. h. der photometrische Körper eines leuchtenden ebenen Flächenelements ist eine Kugel, welche das Flächenelement ds in seinem Mittelpunkt 0 berührt. Der Anfangspunkt der Lichtstärken liegt aber hier nicht wie bei dem vorher betrachteten Fall eines leuchtenden Punktes im Mittelpunkte der Kugel, sondern in der Kugeloberfläche selbst. b) L i c h t s t r o m . (3) S. 83:

Man benutzt die Gleichung des Lichtstromes Tt

&=

2 7 i

J / sin a o

• d

a .

Im vorliegenden Falle des leuchtenden Flächenelements ist die 71

Integration nur auf die untere Halbkugel, also auf ^ auszudehnen. Ferner setzt man für J den Wert Ja = J • cos a ein, worin J = e • ds, also konstant ist. Es ist demnach zu schreiben: • tl2

0 = 2nJ Da nun 2 cos

a

J c o s a • sina • da. o • sin a = sin 2 a , so ist: T7./2

0 = 7i J J s i n 2 a- da. o Da ferner: 71/2

J s i n 2 a • da = 1, so ist: 0

=

7i

J

=

7i

• e

c) D i e m i t t l e r e L i c h t s t ä r k e ist Ja-

•

d s .

•

1)

sphärische

0

4 71

2)

Da im vorliegenden Falle die gesamte Strahlung in die untere Hemisphäre gelangt, so hat es größeren praktischen Wert, die mittlere hemisphärische Lichtstärke J^ zu berechnen: J „

*

=

3)

I n

Setzt man nun den oben gefundenen Wert ein, so ist 7i J

J

e -

d s

§ 41. Gebrochene und gekrümmte Flächen.

85

oder in Worten: Die mittlere hemisphärische Lichtstärke eines ebenen leuchtenden Flächenelementes ist gleich der Hälfte seiner maximalen Lichtstärke.

§ 41. Gebrochene und gekrümmte Flächen. In Fig. 42 ist die Lichtstärke in der Normalen mit diejenige unter dem Winkel a mit Ja bezeichnet. Nach Gleichung (4) S. 22 ist Ja = e • ds • cos a. Faßt man ds • cos.a zusammen, so ist dies offenbar die Projektion ds' von ds auf eine Ebene, welche normal auf Ja steht. dr Was nun von einem Flächenelement gilt, gilt auch für eine ganze Fläche. Es ergibt sich daher aus dem Lambertschen Gesetz der Satz: »Die Lichtstärke einer gleichmäßig leuchtenden Fläche in einer bestimmten Richtung ist gleich der Flächenhelle multipliziert mit der Größe der Projektion dieser Fläche auf eine Ebene, welche normal auf der betreffenden Richtung steht.« Ist also die Flächenhelle einer gleichmäßig leuchtenden Fläche, z. R. der Oberfläche des Fadens einer Glühlampe durch Messung der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung und Ausmessung eines in dieser Richtung aufgenommenen photographischen Rildes ermittelt, so genügt es für jede andere Richtung, eine Projektion des Glühfadens photographisch aufzunehmen und auszumessen, um die Lichtstärken in jenen anderen Richtungen berechnen zu können. So wurde von der Prüfungskommission der Wiener Elektrotechnischen Ausstellung 1883 verfahren. Aus dem abgeleiteten Satze folgt also, daß die Lichtstärke einer glühenden Kugel, z. R. der Sonne, gleich ist derjenigen einer Scheibe von gleichem Durchmesser.

§ 42. Körper mit gleichmäßig leuchtender Oberfläche. Die vorhergehende Retrachtung läßt sich auf Körper anwenden. Hier ist indessen zu unterscheiden zwischen Körpern, welche durchweg konvexe Oberflächen haben und solchen, welche auch teilweise konkave Oberflächen besitzen.

86

V. Kapitel.

Lichtstärke. Lichtstrom etc.

A. K ö r p e r m i t d u r c h w o g k o n v e x e r

Oberfläche.

a) L i c Ii t s t ä r k e. Körper mit durchweg konvexer Oberfläche besitzen nur solche Oberflächenelemente, welche das Licht frei in den Raum ausstrahlen können. JV

.V' F i g . 43.

In Fig. 43 ist ein unregelmäßiger Körper von der Oberfläche S dargestellt, welcher durch eine zur Richtung NN' senkrechte Ebene E in zwei ungleiche Teile geteilt wird. Die beiderseitige Projektion des Körpers auf die Ebene E sei die schraffiert dargestellte Fläche S\ die Flächenhelle sei e, dann ist die Lichtstärke J in der Richtung ON: J = e - S' und in der Richtung

ON': J' = e S', also J — J'.

Es ergibt sich also der Satz: »Bei e i n e m K ö r p e r m i t g l e i c h m ä ß i g leucht e n d e r O b e r f l ä c h e i s t d i e L i c h t s t ä r k e in e i n e r A c h s e g l e i c h d e r L i c h t s t ä r k e in d e r u m g e k e h r ten Richtung.« b) L i c h t s t r o m .

Der Lichtstrom eines Flächenelementes ist d& = 7i • e • ds.

Daraus folgt der Lichtstrom für die ganze Oberfläche S : 0 = 7i • e • S

1)

§ 43. Zylinder.

c) M i t t l e r e L i c h t s t ä r k e . stärke ist nach Gleichung (2) S. 84: _ J o

—

0

T —

4?r

—

n —~r

Die mittlere sphärische Licht-

e•S

4 n

87

:

¥

Die letzten beiden Gleichungen gelten auch für nicht geschlossene Oberflächen oder Körper, deren Oberfläche nur teilweise leuchtet. B. K ö r p e r m i t k o n k a v e n

Oberflächenteilen.

Wenn Körper konkave Oberflächenteile aufweisen, wird das Licht von einigen Oberflächenteilen auf andere gestrahlt. Die rechnerische Verfolgung derartiger Probleme ist äußerst kompliziert.

§ 43. Zylinder. a) L i c h t s t ä r k e . Der Lichtstrom eines Zylinders, z. B. des Glühstäbchens einer Nernstlampe, läßt sich leicht berechnen1), Die maximale Lichtstärke J ist rund um das Stäbchen herum in der Äquatorialebene vorhanden und die Lichtstärke Ja ist der Projektion der Oberfläche des Stäbchens auf eine Ebene proportional, welche rechtwinkelig auf dem Strahl Ja steht. Es ist also Ja = J sin a, oder, wenn l die Länge, d den Durchmesser und e die Flächenhelle des Zylinders bedeutet, J a

=

e

• l

• d

•

sin

a .

.

.

1)

Da die graphische Darstellung der Sinusfunktion im Polarkoordinatensystem der Kreis ist, so ist der photometrische Körper des zylindrischen Glühstäbchens ein Ring, welcher durch die Rotation eines Kreises um die Zylinderachse NN' entsteht.

Fig. 44.

b) L i c h t s t r o m . Setzt man die oben abgeleitete Funktion für Ja in Gleichung (3) S. 83 ein, so ergibt sich der Lichtstrom: 71/2

0 — 2n §J • sin

sin a da — knJ

Jsin 2 a • da

Uppenborn, Zeitschrift für Beleuchtungswesen 11. S. 35. 1905.

2)

88

V. Kapitel. Lichtstärke, Lichtstrom etc.

hieraus folgt:

•.T/2

n sin 2 a — 4n J-jr =

J = n2 die

3)

c) S p h ä r i s c h e L i c h t s t ä r k e . Um die mittlere räumliche Lichtstärke Jo zu finden, muß man den Lichtstrom nach Gleichung (3) dem Lichtstrom einer punktförmigen Lichtquelle, deren Lichtstärke nach allen Richtungen gleich ist (siehe Gl. 1 S. 82), gleichsetzen. Also: 4 n Jo = 7i2 • J 4) oder: Jo

4tt

J = 0,785 J

5)

Die sphärische Lichtstärke einer solchen Nernstlampe mit zylindrischem Glühkörper kann also durch eine einzige Messung, z. B. durch die Messung der maximalen Lichtstärke J bestimmt werden. Allerdings gilt dies nur mit einer gewissen Annäherung. Denn in der ausgeführten Lampe wird durch Schattenbildung etwas Licht absorbiert. Es ist daher für jede Lampenart zu prüfen, inwieweit die oben abgeleitete Formel mit den Ergebnissen der Wirklichkeit übereinstimmt. In der nachfolgenden Tabelle (S. 89) sind die Ergebnisse einer Beobachtungsreihe dargestellt. In Fig. 45 sind die Ergebnisse graphisch dargestellt (ausgezogener Kreis). Der gestrichelte Kreis entspricht der berechneten Lichtstärke. Wie man erkenFig. 45. nen kann, bleibt die beobachtete Lichtstärke in den der Vertikalen sich nähernden Lagen hinter der berechneten infolge der Schattenbildung etwas zurück. Die beobachtete maximale Lichtstärke beträgt 118,5 HK. Die auf Grund der Beobachtungen berechnete wirkliche sphärische Lichtstärke Jo beträgt 88,5 HK.

§ 44.

Kugel.

89

D e r s p h ä r i s c h e R e d u k t i o n s f a k t o r c ist g e r i n g e r als d e r t h e o r e t i s c h e in

Gleichung

(5) gefundene W e r t c =

0,785.

=

J o

J max

88'5 = - 0 75 118,5

Winkel

Lichtstärke

Winkel

Lichtstärke

300° bzw. 240° 310° « 230° 320° « 220" 330° « 210° 340° « 200° 350° « 190° 0° « 180° 10" « 170°

33,0 H K 61,5 » 83,6 « 101.7 a 103,7 « 111,2 (t 118,5 « 114,2

20° bzw. 160° « 30° 150° « 40° 140° « 130° 50° « 60° 120° « 110° 70° « 85° 105° « 90° 90°

111,7 H K 106,1 « 91,3 « 75,9 « 55,8 « 31,9 « 22,3 « 1,2 «

§ 44. a) L i c h t s t ä r k e . flächenelemente jektion

Die L i c h t s t ä r k e

gleiche

Flächenhelle

ihrer O b e r f l ä c h e ,

L i c h t s t r o m.

Da

nun s =

oder, w e n n

man

einer

e besitzen,

multipliziert 7 =

b)

Kugel.

mit der

Kugel, ist

deren

gleich

Flächenhelle,

Ober-

der

— j — • e — rzne 4

Der Lichtstroin

Pro-

also: 1)

ist

0

=

n •e • s

2)

0

=

7i2-e-d*

3)

d 2 n , so ist

Gleichung

(1) 0

einsetzt: =

4

4)

J

Da die K u g e l den r ä u m l i c h e n W i n k e l 4ti a u s f ü l l t , f l i e ß t d u r c h j e d e YVinkeleinhcit J L u m e n .

I s t also 7 = 1

Der photometrische ist, ist eine

Kugel

von

12,56 L u m e n .

K ö r p e r einer K u g e l , deren L i c h t s t ä r k e 1 1 cm

HK

Radius.

Der

hier

behandelte

mit dem

auf

S. 82 b e h a n d e l t e n

c) . M i t t l e r e

H K , so ist 0 =

Fall

einer

s p h ä r i s c h e 0

leuchtenden

Kugel

F a l l eines l e u c h t e n d e n L i c h t s t ä r k e . 4nJ

ist

identisch

Punktes. E s ist

90

V. Kapitel. Lichtstärke. Lichtstrom etc.

§ 45.

Halbkugel.1)

a) L i c h t s t ä r k e . Die L i c h t s t ä r k e einer H a l b k u g e l in einer R i c h t u n g , welche u m den W i n k e l a von der v e r t i k a l e n S y m m e t r i e achse abweicht, i s t : d2n • e T J a = — g — ( 1 + cosa) 1) F ü r a = 0 ist J0 =

, wie bei der Vollkugel.

Fig. 46.

F ü r den Winkel u = 90° ist cos a = 0, d a h e r ,

d?7c e 90 -

"8

70 ~

2'

F ü r den W i n k e l a = 180° ist cos a — — 1, d a h e r / 1 0 0 =

0.

I n Fig. 46 ist die sich aus Gleichung (1) ergebende K u r v e der L i c h t a u s s t r a h l u n g graphisch dargestellt ( K u r v e A—^4). Paul Högner, Vieweg & Sohn.

Lichtstrahlung

und

Beleuchtung.

Braunschweig 1906,

§ 45.

b) L i c h t s t r o m . Lichtstrom

Halbkugel.

91

Setzt man in die allgemeine Formel für den

0 = 2ti • J J • sin a • da. d2 71 • 6 — ^ — ( l - | - c o s a ) , so ergibt sich

f ü r , / d e n Wert

8

d2 ti2 e sin a • (1

0

cosa) • d i

d27i2e sin f .a • a a, -| . d^2n—2-e [' . j sin si a • cosa d2n2 e— 4

d2n2e

cosa

• da

cos-a

ti2 • e • d' =

2.t

2)

Für die untere Hemisphäre ergibt sich durch Integration in den Grenzen 0 bis 7t/2 ^ 3n2d2e 3 3) 0 8 2 71 und für die obere Hemisphäre, wobei zwischen grieren ist: ,- = — n2nd—2 e= - 1n - J T T 0 c) S p h ä r i s c h e Lichtstärke ist:

Je

Lichtstärke.

Tij2

und

Die mittlere

ti ZU

,.

4) sphärische

ti d2 e J0

0

Die mittlere untere hemisphärische Lichtstärke ist: 2 3 • ti d e 3 • J 0 " 16 ~ 4 ' • ' "

inte-

5)

.

6)

Die mittlere obere hemisphärische Lichtstärke ist: 2 _ jid J ci '• 77ie

16

1T~ T ** ft

4

7)

92

J

V. Kapitel. Lichtstarke, Lichtstrom etc.

2

h "-T

OJ

•5

:a

iE •o c

rt o i -

CJ

•6 3

•6 'S 'S tu

>

2' T a b e l l e der Kosinusdifferenzen.

cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos

0° - cos 5° 5° - cos 10° 10° — cos 15° 15° - cos 20° 20° - cos 25° 25° - cos 30° 30° - cos 35° 35° - cos 40° 40° - cos 45° 45° - cos 50° 50° - cos 55° 55° - cos 60° 60° - cos 65° 65° - cos 70° 70° - cos 75° 75° - cos 80° 80° - cos 85° 85° - cos 90°

=

= = =

= = = =

= = = = = = =

= = =

0,0038 0,0114 0,0189 0,0262 0,0334 0,0403 0,0468 0,0532 0,0589 0,0643 0,0692 0,0736 0,0774 0,0806 0,0832 0,0852 0,0864 0,0872

= = = = = = =

= = = = = =

= = = = =

cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos

180° 175° 170° 165° 160° 155° 150° 145° 140° 135° 130° 125° 120° 115° 110° 105° 100° 95°

-

cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos

175° 170° 165° 160° 155° 150° 145° 140° 135° 130° 125° 120° 115° 110° 105° 100° 95° 90°

100

V. Kapitel.

Lichtstarke. Lichtstrom etc.

Sind die L i c h t s t ä r k e n von 5° zu 5° gemessen worden, so ist Je.

1

( J 0 + h ) (cos 0° — cos 5°) + (J5 + / , 0 ) (cos 5° — cos 10°) -

.

+ ( A t o + A t ö ) (cos 170°—cos 175°) + ( J ] 7 5 + h J (cos 175» - cos 180°) . Zur E r m i t t e l u n g von J a ist die S u m m a t i o n n u r in der unteren H e m i s p h ä r e v o r z u n e h m e n u n d v o r der K l a m m e r der F a k t o r dunh ]•> zu ersetzen. Zur b e q u e m e r e n A u s w e r t u n g des K l a m m e r a u s d r u c k e s dient cie Tabelle der Kosinusdifferenzen auf S. 99.

§ 51.

Ermittelung der mittleren Lichtstärken. Verfahren.

Graphische

1. V e r f a h r e n v o n R o u s s e a u 1 ) . In Fig. 49 ist in dem linken Teile ein P o l a r d i a g r a m m der L i c h t s t ä r k e einer Gleichstromr e i n k o h l e n b o g e n l a m p e ABCDEF dargestellt. E i n e derartige Lichtquelle ist eine axial s y m m e t r i s c h e Lichtquelle. U m P u n k t A ist ein Halbkreis geschlagen, dessen R a d i u s der m a x i m a l e n L i c h t s t ä r k e AE e n t s p r i c h t (aber auch beliebig gewählt w e r d e n k a n n ) . Von den Schnittp u n k t e n der L i c h t s t r a h l e n mit diesem Halbkreis sind L o t e gefällt auf die Gerade P'Q'. Die Gerade P'Q' wird als Abzisse eines rechtwinkligen K o o r d i n a t e n s y s t e m s gewählt. AE wird als O r d i n a t e von e aus als eE' a u f g e t r a g e n . In gleicher Weise sind die übrigen L i c h s t ä r k e n in den entsprechenden P u n k t e n , z. B. AD als dl)' a u f g e t r a g e n . Auf diese Weise e n t s t e h t d a n n das Rousseausehe D i a g r a m m mit rechtwinkeligen Koordinaten. Die von dem Linienzug Q'P'B'c'D'M'E'F'Q' umschlossene Fläche gibt den L i c h t s t r o m u n d dividiert durch die Länge der Geraden P'Q' die mittlere sphärische L i c h t s t ä r k e . Der Beweis hierfür ergibt sich wie folgt. E s i s t : .r 2 7i \ J sin a d u , = i 4 71 4 71 Setzt m a n cos a • da —

1

d (r sin a), so ergibt sich: .7

JQ—

^^ ^J • d (r sin a). o

Rousseau, Les essais photometriques de l'exposition d'Anvers. miere Electrique 26. S. 60. 1885.

La Lu-

§ 51. Verfahren von Rousseau.

101

In der Fig. 49 ist n u n 2 c = P'Q'. F e r n e r ist J überall als O r d i n a t e a u f g e t r a g e n u n d r sin at ist gleich der Abszisse c d. W a s n u n f ü r den einen Winkel ax z u t r i f f t , t r i f f t a u c h f ü r die übrigen zu. Die dargestellte Fläche P' B'c'I)' M'E'F'Q' P' stellt den L i c h t s t r o m dar. D u r c h Division mit Q' P' ergibt sich die m i t t l e r e s p h ä rische L i c h t s t ä r k e Jo.

Bei den bisherigen B e t r a c h t u n g e n ü b e r die B e r e c h n u n g des L i c h t s t r o m e s u n d der mittleren s p h ä r i s c h e n L i c h t s t ä r k e w a r eine solche L i c h t v e r t e i l u n g v o r a u s g e s e t z t w o r d e n , d a ß der p h o t o m e t r i s c h e K ö r p e r ein R o t a t i o n s k ö r p e r ist. E s k o m m e n a b e r a u c h Fälle vor (axial a s y m metrische Lichtquellen) 1 ), in d e n e n dies n i c h t z u t r i f f t . In solchen Fällen ist es d a n n nötig, das P o l a r d i a g r a m m f ü r verschiedene M i t t e l s c h n i t t e des p h o t o m e t r i s c h e n K ö r p e r s zu e r m i t t e l n , welche u m ein gleiches A z i m u t fortschreiten. Aus diesen P o l a r d i a g r a m m e n m u ß d a n n ein Monasch, Ji. T. Z. 26. S. 67. 1905. -

Bloch, E. T. Z. 26. S. 646. 1905.

102

V. Kapitel.

Lichtstärke, Lichtstrom etc.

mittleres Diagramm konstruiert werden. Oder es wird für jedes Polardiagramm ein Rousseausches Diagramm konstruiert, und für jedes derselben die mittlere Lichtstärke ermittelt; aus den so erhaltenen Werten der mittleren Lichtstärken wird dann das arithmetische Mittel genommen. Beide Verfahren sind gleichwertig, gewöhnlich wird aber das zuerst genannte benutzt, d. h. es wird aus einer bestimmten Anzahl von Lichtstärken, die um den gleichen Winkel gegen die Vertikalachse geneigt sind, also auf der Mantelfläche eines geraden Kreiskegels liegen, der Mittelwert gebildet; die so erhaltenen Mittelwerte für die verschiedenen Winkel gegen die Vertikale werden dann wie oben angedeutet, für die weitere s Konstruktion verwendet. t der Aluminiumreflektor Fig. 58, was günstige W i r k u n g und Gleicl mäßigkeit der Beleuchtung anbetrifft, überlegen. Will man eine größere Tischfläche beleuchten, so wählt man flache Reflektoren. In Fig. 59 ist die Lichtverteilung einer 16 HK Kohlenfadenglühlampe mit einem flachen Opalschirm, in Fig. 63 mit einem flachen Emailleschirm dargestellt. Da bei diesen flachen Schirmen die Glühlampe sichtbar ist, ist sie mattiert zu Verwender.

eigentliche Lichtquelle den Augen entziehen, d a f ü r aber selbst in voller Ausdehnung leuchtend erscheinen. Will man diesen Zweck durch diffuse Transmission erreichen, so muß man Alabaster oder Milchglasglocken anwenden. Je besser diese den Zweck erfüllen, um so große." ist der durch sie bedingte Lichtverlust. Blondel 1 ) h a t denselben Zweck durch lichtbrechende und reflektierende prismatisch gerippte KlarglasBlondel, The Electrician (London) 39. S. 615. 1897.

§ 56. Petroleum- und

Spiritusglühlichtlampen.

III

gJocken erreicht (Holophangläser). Die Rippen stehen auf der Innenseite der Glasglocke senkrecht, auf der Außenseite wagerecht. Die Rippen im Innern haben lediglich den Zweck, das Licht zu zerstreuen, während die äußeren f f i . Y^, Rippen die Lichtverteilung günstig beeinflussen sollen. j V Die in den Fig. 61 und 62 dargestellten \ Formen von Holophanreflektoren werden am '

häufigsten für elektrische Glühlampen gewählt. Für Bogenlampen haben sich Ilolophanglocken nicht bewährt, einerseits weil sie bei der für Bogenlampen notwendigen Größe zu teuer werden, anderseits weil sich der Brennstaub der Bogenlampen in die inneren Riffeln setzt und äußerst schwierig zu entfernen ist. Sehr umfangreiche Untersuchungen über die Veränderung der Lichtausstrahlung durch verschiedenartig gestaltete Glasumhüllungen haben Cravath und Lansingh 1 ) angestellt.

§ 56. Petroleum- und Spiritusglühlichtlampen. ^ Bei Petroleumlampen und Spiritusglühlampen wird im Handel gewöhnlich die horizontale Lichtstärke angegeben. Da die horizontale Lichtstärke aber keinen Aufschluß darüber gibt, wie die Lichtstrahlung der Lampen, insbesondere mit den gewöhnlich verwendeten Lampenglocken erfolgt, hat Monasch 2 ) die Lichtstrahlungsverhältnisse dieser Lichtquellen genauer untersucht. Fig. 63 zeigt eine 14"' Petroleumtischlampe. Der Petroleumverbrauch betrug pro Stunde 34,92 g = 0,043 1. Fig. 64 zeigt die Milchglasglocke, ohne welche derartige Petroleumtischlampen in der Praxis k a u m verwendet werden. Die ') Cravath u. Lansingh, Electr. World 46. S. 907. 947. 991. 1033. 1074. 1905. 2 ) B. Monasch, J o u r n a l für Gasbeleuchtung 51. S. 61. 1908.

112

VI. Kapitel. Wirkung der Reflektoren und Lampenglocken.

Petroleumflamme besaß eine Höhe von 58 mm. Die Lichtausstrahlungskurve für die nackte Lampe mit Klarglaszylinder ist in Fig. 65 dargestellt. Es ergeben sich folgende Lichtstärken: ^hor = 8 HK. Jmux= 9,7 HK in der o b e r e n Hemisphäre, welche sich über einen ziemlich beträchtlichen Winkelbereich erstreckt. Bei 80° (10° unter der Horizontalen) befindet sich ein Minimum der Lichtausstrahlung von 5,8 HK. Dieses Minimum ist durch den an der Lampe befindlichen Glockenhalterring hervorgerufen, der ein metallisches Hindernis von 10 mm

Fig. 64.

Fig. 63.

Höhe bei einem Durchmesser von 240 mm im Lichtstrahlengang in der betreffenden Meßrichtung bildet. Von 70° unter der Horizontalen an konnten wegen der Schattenwirkung des Lampenfußes keine Lichtmessungen mehr vorgenommen werden.

Die mittlere sphärische Lichtstärke Jo beträgt 7,58 HK, » » obere hemisphärische » Je » 9,25 » » » untere » » » 5,90 » Man erkennt aus diesen Zahlen, daß die Petroleumlampe ohne Glocke den Hauptteil des erzeugten Lichtstroms infolge der Eigenart der Petroleumflamme nach oben wirft. Da die Hauptaufgabe einer Lampe darin besteht, den Raum unterhalb derselben zu beleuchten und nur unwesentlich den Raum oberhalb derselben, so ist es in Anbetracht des bedeutenden Übergewichtes des nach oben geworfenen Lichtstroms häufig vorgekommen,

§ 56. Petroleum- und Spiritusglühlichtlampen.

113

daß die Petroleumlampe als gänzlich unzweckmäßige Lichtquelle beurteilt worden ist. Indessen ist dieses Urteil unsachgemäß, da die zur Tischbeleuchtung und Flächenbeleuchtung verwendeten Petroleumlampen nie nackt, sondern stets mit Glocke verwendet werden. Die Glocke verändert aber die Lichtausstrahlung vollständig.

Fig. 65.

Fig. 66 zeigt die Lichtausstrahlungskurve der 14"' Petroleumtischlampe bei derselben Flammenhöhe und demselben Brennstoffverbrauch wie in Fig. 65 mit der üblichen Milchglasglocke von der in Fig. 64 dargestellten Form. Die Milchglasglocke hatte einen unteren äußeren Durchmesser von 240 mm und war unten offen. Diese Glockenart dürfte wohl die bei weitem verbreitetste sein, daher kann die Lichtausstrahlungskurve in Fig. 66 als typisch für Petroleumlampen mit Glocken angesehen werden. Die Lichtausstrahlungsverhältnisse der Lampe mit Glocke, wie die Lampe praktisch benutzt wird, haben sich gegenüber der Lampe ohne Glocke vollständig verschoben. Milchglas ist ein Material, das einerseits Licht unter starker Schwächung der Lichtstrahlen hindurchläßt, anderseits infolge seiner milchigen Zusammensetzung Licht diffus reflektiert. Die horizontale Lichtstärke ist infolge der Absorption der Lichtstrahlen durch die Glocke auf 2,8 HK gesunken. Das Maximum in der oberen Hemisphäre ist nach 80° über der Horizontalen heraufgerückt; in der unteren Hemisphäre zeigt sich ein Maximum von 13,5 HK bei 20° unterhalb der Horizontalen, das 39% größer ist als das Maximum von 9,7 HK der Lampe ohne Glocke. Die räumlichen Lichtstärken sind j etzt mit Glocke folgende: Uppenborn-Monasch,

Lehrbuch der Photometrie.

8

114

V I . Kapitel.

W i r k u n g der R e f l e k t o r e n und

Lampenglocken.

Die mittlere sphärische Lichtstärke Jo beträgt 6,48 H K » » obere hemisphärische » /o » 3,92 » » » untere » » » 9,02 » Man erkennt, daß bei der Lampe mit Glocke die u n t e r e hemisphärische Lichtstärke die s t ä r k s t e ist, während bei der Lampe ohne Glocke die obere hemisphärische Lichtstärke den größten Wert besaß. Die obere hemisphärische Lichtstärke ist bei der Lampe mit Glocke auf einen angemessenen Betrag geschwächt worden. Man verlangt von Tischlampen, daß sie nicht alles Licht nach unten werfen, damit

130

720

r/o

700

90

so

70

F i g . 66.

der zu beleuchtende Arbeitsplatz nicht nur einen hellen Lichtfleck erhält, während der übrige Raum verdunkelt bleibt, denn in diesem Fall wird der plötzliche Übergang von Dunkelheit zu Licht vom menschlichen Auge unangenehm empfunden; deshalb sollen Tischlampen einen sanften Lichtstrom auch in die obere Hemisphäre werfen, der die Wohnräume noch derart erhellt, daß man zum mindesten noch die Umrisse von Gegenständen, Möbeln, Bildern erkennen kann. Der Grund der vollständigen Veränderung der Lichtausstrahlungskurve der Lampe mit Glocke ist in der Eigenart der Glocke, in ihrem Material und ihrer Form zu suchen. In der oberen Hemisphäre wirkt

§ 56. Petroleum- und Spiritusglühlichtlampen.

115

die Glocke in dem Winkelbereich von 0° bis 65° über der Horizontalen lediglich als Lichtschwächer; in diesem Winkelbereich t r i t t nur diffuses Licht ins Freie, das beim Durchgang durch die Glocke geschwächt worden ist. Die Glocke erscheint für diesen Winkelbereich als eine Lichtquelle von annähernd gleicher Flächenhelle. Von dem ursprünglich bei der Lampe ohne Glocke in die untere Hemisphäre gesandten Licht wird n u r ein kleiner Lichtstrom bis etwa 10° unter der Horizontalen durch die Glocke geschwächt, für die stärker von der Horizontalen abgeneigten Richtungen der unteren Hemisphäre jedoch t r i t t zu dem von der Petroleumflamme ausgehenden direkten Licht Grad /tO

drad

ISO

IM

!7Q

/SO

/W

W

noch das von der Innenwand der Milchglasglocke diffus reflektierte Licht hinzu, das die Innenwand als oberer hemisphärischer Lichtstrom getroffen hatte. Daher ist durch die Anwendung der Glocke die untere hemisphärische Lichtstärke nicht nur erheblich größer geworden als die obere hemisphärische Lichtstärke, sondern auch größer als die untere hemisphärische Lichtstärke der Lampe ohne Glocke. Für die Beleuchtung der unterhalb der Lampe gelegenen Tischfläche bedeutet dieses Anwachsen der unteren hemisphärischen Lichtstärke einen Gewinn. Das erhöhte Maximum in der oberen Hemisphäre bei 75° bis 90° oberhalb der Horizontalen der Lampe mit Glocke setzt sich aus drei Komponenten zusammen: aus dem direkten ursprünglichen Licht der Petroleumflamme, aus dem von den Innenwandungen und aus fi*

116

V I . Kapitel.

Wirkung der Reflektoren und Lampenglocken.

dem von den Außenwandungen der Milchglasglocke diffus reflektierten L i c h t . Dieses M a x i m u m in der oberen Hemisphäre bedeutet indessen keinen Gewinn in beleuchtungsteehnischer Hinsicht, da seine Wirkung lediglich darin besteht, an der Decke des beleuchteten Zimmers einen hellen Lichtfleck zu erzeugen. Die Untersuchungen Monaschs wurden ferner an einer Spiritusglühlichtlampe vorgenommen, welche nach dem Prinzip der Wärmerückleitung konstruiert war. Der Spiritusverbrauch bei Verwendung von 9 5 p r o z . Brennspiritus betrug 1 / 2 7 1 pro Stunde. Die Lichtausstrahlungskurve der nackten L a m p e mit Klarglaszylinder ist in Fig. 67 links dargestellt. Die Glühlänge des Glühkörpers betrug 50 mm. Der Glühkörper glühte angenähert gleichmäßig auf seiner ganzen Oberfläche. Daher zeigt auch die Lichtausstrahlungskurve der nackten L a m p e annähernd die ideale Lichtausstrahlungskurve eines im R ä u m e vertikal stehenden glühenden Zylinders von gleichmäßiger Flächenhelle, s. S . 8 7 . In die obere Hemisphäre wird mehr L i c h t als in die untere Hemisphäre gestrahlt. Die horizontale L i c h t s t ä r k e beträgt 18,5 H K . Das Maxim u m der Lichtausstrahlung liegt mit 18,7 HK. 10° über der Horizontalen, ist also nur 0,2 H K größer als die horizontale Lichtstärke. Die mittlere sphärische L i c h t s t ä r k e J o beträgt 14,27 H K Die mittlere obere hemisphärische L i c h t s t ä r k e /- oo 16%. Man geht alsdann mit dem Photonietcr zurück durch die Nullago nach links, wobei sich die Erscheinungen umkehren. Da bei der beschriebenen Anordnung des Kontrastwürfels die Trennungslinie zwischen l2 und r2 vollständig verschwindet, so kann bei diesem neuen Photonieter neben dem Kontrastprinzip auch die Einstellung auf gleiche Helligkeit der Felder l 2 und r2, also das Verschwinden ihrer Grenzlinie als photometrisches Kriteriuni dienen, wobei durch das gleichzeitige Auftreten beider zugleich eine Entscheidung über deren relative Empfindlichkeit möglich ist. Es zeigt sich, daß bei einem Kontrast von 8 % die Genauigkeit des Kontrastprinzips noch überwiegt. Ein weiterer Vorteil des Kontrastphotometers besteht darin, daß man mittels desselben auch die Lichtstärke verschiedenfarbiger Lichtquellen, deren Färbungsunterschied jedoch nur gering sein darf, vergleichen kann. Das hierbei anzuwendende Kriterium beruht darauf, daß bei einer gewissen Stellung des Photometers die Grenze der verschieden gefärbten Felder r2 und l2 unscharf wird und diese kontinuierlich ineinander übergehen. Die Photometerköpfe von Lummer und Brodhun nehmen die erste Stelle ein, wenn es sich um Präzisionsmessungen in gleichfarbigem Licht handelt.

§ 85. Das Photometer von Martens. Das Photometer von .Martens 1 ) ist in Fig. 111 in äußerer Ansicht und in Fig. 112 im Schnitt dargestellt. Die Lichtquellen X und N beleuchten die beiden Seiten eines Gipsschirmes S, und diese Be1 ) Martens, Ein neuer P h o t o m e t e r a u f s a t z . S. 250. 1900.

Journal für Gasbeleuchtung 43.

§ 8G.

lenehtungen

werden

betrachtet.

Das I ' h o t o m e t e r von

mit

Hilfe

eines

Bechstein.

193

Doppelprismas

Der S t r a h l e n g a n g ist in F i g . 112 dargestellt.

nebeneinander Die durch 1

g e h e n d e n S t r a h l e n erzeugen in der E b e n e der B l e n d e B die B i l d e r

a1

u n d ¿»j der Ö f f n u n g e n a und b: die durch die H ä l f t e 2 g e h e n d e n S t r a h l e n e r z e u g e n die B i l d e r a2 und b2. und b2

at her

liindurch.

erblickt

das

1

und

Zwillingsprismas und X

2

Beleuchtung

- v — - »t k — — —

des V

von

auf

p

die

B

beleuchtet.

Einstellung durch

DaAuge

d u r c h die B l e n d e Hälften

Die B l e n d e B l ä ß t lediglich die B i l d e r

J)

»

\

J\f

A" Die

gleiche geschiolit

Verschieben

des

P h o t o m e t e r s auf der P h o t o m e t e r b a n k . Bei g e n a u e r

Flg. H l .

E i n s t e l l u n g versehwindet Durch die

Umlegen

beiden

die T r e n n u n g s l i n i e der F e l d e r

ganzen

Sehirniseiten

Ausfülirungsform Winkeln

des

Photometergelniuses

vertauscht

des P h o t o n i e t e r s

dargestellt.

Das

§ 86.

zum

Instrument

S c h m i d t & H a e n s c h in B e r l i n

werden.

Iii F i g .

Messen wird

um

unter

von

der

vollkommen. 1 8 0 ° ' könnon III

ist

eine

verschiedenen Firma

Franz

hergestellt.

Das Photometer von Bechstein.

Die K o n s t r u k t i o n und der S t r a h l e n g a n g des B e c h s t e i n s e h e n P h o t o nieters k ö n n e n aus den beiden um (X>° g e d r e h t e n S c h n i t t e n der F i g . l l o e r s e h e n w e r d e n . V o n den beiden zu v e r g l e i c h e n d e n L i c h t q u e l l e n J1 und J2,

die r e c h t s und links auf der P h o t o n i e t e r b a n k a u f g e s t e l l t werden,

fällt L i c h t

auf das

Bitchiesche

G i p s p r i s m a G.

U p p en b o r n - J I on a s c h , Lehrbuch der Photometrie.

Dieses diffus 13

reflek-

194

VIII. Kapitel. Stationäre Photometer für Laboratorien.

tierende Prisma ist in der Brennweite einer mit einem Zwillingsprisma verkitteten Linse 0 und die Okularblende A ist in der Brennweite der Linse L angeordnet. Zwischen Linse L und Zwillingsprisma Zx ist noch ein gleiches Prisma Z 2 derart eingeschaltet, daß die brechenden Kanten senkrecht zueinander stehen und sich nahezu berühren. Prisma Z 2 ist durch eine runde Blende begrenzt und wird mit L als Lupe scharf gesehen. Das Aussehen des Gesichtsfeldes entspricht den Fig. 114 a, b, c. Durch die gekreuzte Anordnung der Zwillingsprismen entstehen vier virtuelle Lagen der Augenpupille auf dem Gipskörper, d. h. jeder der

j; Ii

IL •/y o \ y ^ X,' Fig. 113.

Fig. 115.

Quadranten 1, 2, 3, 4 wird von den entsprechenden Stellen AA2 ', A3 ', A4' (Fig. 113) des Gipses beleuchtet und zwar die senkrecht übereinander liegenden Quadranten 1, 2 bzw. 3, 4 von je einer Lichtquelle. In die von A{ und Aa ' kommenden Strahlenbündel können die kleinen Glasblenden und K2 ' (Fig. 115) durch Drehen eingeschaltet werden. Hierdurch wird durch Absorption die Kontrastwirkung hervorgebracht. Bei richtiger Einstellung des Photometers erscheint das Gesichtsfeld in der in Fig. 114 a dargestellten Gestalt. Fig. 114 b stellt das Aussehen des Gesichtsfeldes dar, wenn das Photometer zu weit nach der Lichtquelle und Fig. 114 c, wenn das Photometer zu weit nach J2 verschoben ist. Werden die Glasblenden zurückgeschlagen, so wirkt das Instrument als einfaches Gleichheitsphotometer.

§ 87. Das Flimmerphotometer von Simmance und Abady.

195

Es ist dann das Gesichtsfeld nur durch eine vertikale Linie in zwei Hälften geteilt. Die Trennlinie verschwindet vollständig, sobald die richtige Einstellung erzielt ist. Das Photometer wird auf Wunsch auch mit einem Kreis und Index zur Messung von Lichtquellen unter verschiedenen Winkeln geliefert. Da in dem Photometer ein Ritchiescher Gipskeil angebracht ist, muß das Photometer zur Achse der Photometerbank genau senkrecht gestellt werden.

§ 87. Das Flimmerphotometer von Simmance und Äbady. Die Flimmerphotometer beruhen auf dem Talbotschen Gesetz 1 ), welches in der Fassung von Helmholtz 2 ) folgendermaßen lautet: »Wenn eine Stelle der Netzhaut von periodisch veränderlichem und regelmäßig in derselben Weise wiederkehrendem Lichte getroffen wird und die Dauer der Periode hinreichend kurz ist, so entsteht ein kontinuierlicher Eindruck, der dem gleich ist, welcher entstehen würde, wenn das während einer jeden Periode eintreffende Licht gleichmäßig über die ganze Dauer der Periode verteilt sein würde.«

Fig. 116.

Wenn daher ein Flächenstück in schneller Abwechslung von zwei Lichtquellen beleuchtet wird, so erscheint es konstant beleuchtet, wenn die Beleuchtungen gleich sind. Ist jedoch eine Lichtquelle stärker oder befindet sie sich bei gleicher Stärke der Fläche näher, so tritt ein Talbot, Philosophical Magazine (3) 5. S. 321. 1834. ) H. v. Helmholtz, Handbuch der physiologischen Optik, 2. Aufl. S. 483. Hamburg 1896 bei L. Voß. 2

13*

V I I I . Kapitel.

196

Stationäre P h o t o m e t e r für Laboratorien.

F l i m m e r n ein. In dem F l i n u n e r p h o t o m e t e r von S i m m a n e e u n d A b a d y 1 ) befindet sieh eine weiße Scheibe, deren R o t a t i o n s e b e n e v e r t i k a l steht u n d mit der Achse des B e o b a e h t u n g s r o h r e s z u s a m m e n f ä l l t . Die Peripherie ist von beiden Seiten aus kegelförmig d e r a r t abgeschliffen, daß die beiden Kegelachsen nicht mit der R o t a t i o n s a c h s e z u s a m m e n fallen, sondern d a ß sie im u m g e k e h r t e n Sinne exzentrisch sind. (Fig.116.) H i e r d u r c h wird b e w i r k t , daß die d e m Auge zugekehrte Fläche in den beiden ä u ß e r s t e n Stellungen e n t w e d e r n a c h rechts oder nach links geneigt ist. Sie wird deshalb abwechselnd von beiden Lichtquellen b e l e u c h t e t . Da die Flächen volls t ä n d i g identisch sind, ist auch die W i r k u n g bei e n t s p r e c h e n d e r R o t a t i o n auf das Auge identisch, gleiche beiderseitige B e l e u c h t u n g vorausgesetzt. Die R o t a t i o n der Scheibe wird im Siinmanee-Abad ysehen Photometer durch ein Uhrwerk b e w i r k t . Die K o n s t r u k t i o n (Fig.117) ist zum P h o t o m e t r i e r e n u n t e r verschiedenen Winkeln bestimmt. Das Gehäuse ist mit einem Schlüssel zum Aulziehen des Uhrwerkes, einem Geschwindigkeitsregulator und einer Arret ierungsvorrichtung versehen. F i g . 117. Die rotierende Scheibe soll aus reinem K a l k , Gips, kohlensaurer Magnesia oder aus B a r i u m s u l f a t hergestellt w e r d e n . Sie m u ß rein weiß sein, irgendwelche F ä r b u n g w ü r d e die A n g a b e n des P h o t o m e t e r s b e e i n t r ä c h t i g e n . Da die Wirkungsweise des P h o t o m e t e r s auf der integralen W i r k u n g der binden Seiten des P h o t o m e t e r k ö r p e r s b e r u h t , so ist ersichtlich, daß jede V e r ä n d e r u n g desselben, z. B. ein B e r ü h r e n m i t u n s a u b e r e n Fingern, die Gleichheit u n d B r a u c h b a r k e i t des K ö r p e r s a u f h e b t . Zur Erzielung möglichst genauer Einstellungen ist es notwendig, die R o t a tionsgeschwindigkeit des p h o t o i n e t r i s c h e n K ö r p e r s zu v e r ä n d e r n . l

) Has I n s t r u m e n t wird von der F i r m a Alexander Wright & Co., Westminster (England), geliefert. — J. Simmanee, Proceedings of the Physical Society 19. S. 37. 1904. Philosophical Magazine 7. S. 341. 1904. - Simmanee - AbadyPhotoineter. Diskussion. The Electrician (London) 52. S. 380. 1905.

§ 87.

Das F l i m m e r p h o t o i n e t e r von S i m m a n e e und Abacly.

197

Die Umdrehungszahl muß für jeden B e o b a c h t e r und für jeden Grad der Verschiedenheit der Lichtquellen in bezug auf F ä r b u n g eingestellt und dann konstant erhalten werden. Der Einfluß der Umdrehungszahl ist schematisch in Fig. 118 dargestellt. Die Messung wird am genauesten, je kürzer die Strecke ist, auf welcher das Flimmern verschwindet, anderseits fast unrtiöglich, wenn infolge zu kleiner Umdrehungszahl das Flimmern überhaupt nicht aufhört. In Fig. 118 stellen die Abszissen die Einstellungen auf der P h o t o n i e t e r b a n k , die Ordinaten die Stärke des Flimmerns und R R den Ort der richtigen Einstellung dar. Kurve I entspricht einer zu niedrigen Umdrehungszahl, denn sie ergibt nur ein Minimum des Flimmerns. K u r v e II entspricht genau der richtigen Umdrehungszahl, das Flimmern im Minimum wird Null. Die Kurve I I I entspricht einer zu hohen Umdrehungszahl. Hierbei ist das Flimmern auf der Strecke C D gleich ¡Null. Zu einem sicheren Gebrauche des Instrumentes ist einige Übung erforderlich. E s ist einleuchtend, daß das beschriebene Instrument zum Vergleichen g l e i c h f a r b i g e n Lichtes geeignet ist. Die Flimmerphotoineter sollen sich aber auch gut zum Vergleichen v e r s c h i e d e n gef ä r b t e r Lichter eignen. R o o d 1 ) hatte entdeckt, daß wenn zwei verschieden gefärbte Oberflächen schnell abwechselnd b e t r a c h t e t werden, die Empfindung der Farben verschwindet oder eine Mischfarbe empfunden wird, obwohl die Empfindung des Flimmerns noch b e s t e h t ; sind jedoch die beiden Flächen gleichmäßig beleuchtet, so verschwindet auch die Empfindung des Flimmerns. Rood h a t t e auch das erste Flimmerphotometer angegeben, das dann von W h i t m a n 2 ) modifiziert wurde. Die W ahrnehmungen, welche man beim Vergleichen zweier verschieden gefärbter Glühlampen, z. ß . einer roten und einer grünen, macht, sind folgende: Stellt man den Rotationskörper so ein, daß das Gesichtsfeld durch die K a n t e in zwei Teile geteilt wird, so ist der 1)

Ogdon X . Rood, Americ. J o u r n a l of S c i e n c e 4 6 . S. 173. 1 8 9 3 .

R e v i e w . X . Y . 3. S. 241. 1893. 2 ) M. F . W h i t m a n , Pfivsical R e v i e w . X . Y . 3. S. 2 4 1 . 1 8 9 6 .

Physical

198

VIII.

Kapitel.

Stationäre

Photoinelci' für

Laboratorien.

eine Teil i n t e n s i v r o t , d e r a n d e r e i n t e n s i v g r ü n b e l e u c h t e t : hierbei ist n a t ü r l i c h j e d e M e s s u n g a u s g e s c h l o s s e n . S e t z t m a n n u n d e n R o t a t i o n s k ö r p e r m i t a n w a c h s e n d e r G e s c h w i n d i g k e i t in B e t r i e b , so zeig! sich f o l g e n d e s : Z u e r s t w e c h s e l n die beiden F a r b e n e i n d r ü c k e g a n z s c h a r f m i t e i n a n d e r a b . A l l m ä h l i c h wird es i n n n e r s c h w i e r i g e r , g e t r e n n t e F a r b e n e i n d r ü c k e w a h r z u n e h m e n , u n d schließlich e r s c h e i n t im G e s i c h t s f e l d eine M i s c h f a r b e . Die gelegentlich g e ä u ß e r t e Ansicht, d a ß beim Flimm e r p h o t o m e t e r die F a r b e n e n i p f i n d u n g völlig a u f höre. ist u n r i c h t i g . Bei u n g l e i c h e r B e l e u c h t u n g ist d a s F l i m m e r n n o c h v o r h a n d e n , bei g l e i c h e r l i e l e u c h t u n g ist es v e r s c h w u n d e n . Diese Ers c h e i n u n g l e h r t , d a ß die D a u e r d e s F a r h e n e i n d r u e k e s k ü r z e r ist als die dos L i c h t e i n d r u e k e s . D e r v a r i a b l e F a r h e n e i n d n i c k ist s c h o n verschwunden, während der variable Lichteindruck sich n o c h d u r c h d a s F l i m m e r n b e m e r k b a r m a c h t . Betrachtet man das Gesichtsfeld genauer, so e r k e n n t m a n , d a ß es n i c h t v o n e i n e r einzigen Mischfarbe 1 e i n g e n o m m e n ist. s o n d e r n d a ß dii 1 a u s R o t u n d G r ü n b e s t e h e n d e M i s c h f a r b e ihre Z u s a m m e n s e t z u n g v o n d e r r e c h t e n z u r linken G r e n z e des G e s i c h t s f e l d e s hin ä n d e r t : es ist a u c h leicht e i n z u s e h e n , w e s h a l b diese F r scheinung auftreten muß. D e n k t m a n sich d a s G e s i c h t s f e l d z. B. in n e u n s c h m a l e S t r e i f e n g e s c h n i t t e n , wie es F i g . 119 zeigt, und stellt man u n t e r dem Gesichtsfeld Tihft

f'Mi/mrtm

HU

p"|

7rr/.\f/: W

" L

,

ff

eine A b w i c k e l u n g d e s P h o t o m e t e r k ö r p e r s d a r , w o b e i die g r ü n bel e u c h t e t e F l ä c h e s c h r a f f i e r t , die r o t e weiß d a r g e s t e l l t ist, d a n n ist ers i c h t l i c h , d a ß d e r e r s t e S t r e i f e n links einen s e h r l a n g e n g r ü n e n u n d einen k u r z e n r o t e n I n i p u l s e r h ä l t . D e r z w e i t e S t r e i f e n e r h ä l t e b e n falls m e h r G r ü n wie R o t . B e i m m i t t l e r e n S t r e i f e n ist d a s V e r h ä l t n i s gleich, u n d n a c h r e c h t s zu ü b e r w i e g t i m m e r m e h r d a s r o t e L i c h t .

§ 87.

Das F l i m m e r p h o t o m e t e r v o n S i m m a n c e u n d

Abadv.

199

Will m a n diese Ungleichförmig!;eit der F ä r b u n g des Gesichtsfeldes vermeiden, so m u ß m a n e n t w e d e r beide Seiten des Gesichtsfeldes a b b l e n d e n u n d n u r einen m i t t l e r e n Streifen freilassen oder einen R o t a t i o n s k ö r p e r bzw. eine A n o r d n n n g a n w e n d e n , welche von dem oben geschilderten Mangel frei ist. Die v o r s t e h e n d e n E r w ä g u n g e n w u r d e n von (Jppenborn der experimentellen P r ü f u n g unterzogen. Zu diesem Zwecke w u r d e das F l i m m e r p h o t o m e t e r mit verschiedenen Blenden versehen, welche einen Teil des Gesichtsfeldes a b b l e n d e t e n . Die V e r s u c h s a n o r d n u n g ist aus Fig. 120, die Gestalt der D i a p h r a g m e n aus Fig. 121 zu ersehen. Die R e s u l t a t e sind in n a c h s t e h e n d e r Tabelle mitgeteilt. Bei allen Versuchen s t a n d L a m p e I auf Teilstrich 120, L a m p e II auf Teilstrich 400 der P h o t o m e t e r b a n k . Die k o n s t a n t e Meßlänge bet r u g d e m n a c h 280 cm. Die S p a n n u n g b e t r u g 120 Volt f ü r L a m p e I u n d 110 Volt f ü r L a m p e II. Die Mittelwerte und Fehlergrößen in der n a c h s t e h e n d e n Tabelle ergaben sich aus je 40 B e o b a c h t u n g e n . Ü ^ -aj

Versurhsanordnung

iL c

>s ? £2 -

~

318,6

Lampen

Blenden

¡ " 7 " f s Mittelw.

5,39

+ 0,287

5,95

0,330

5.55

absolut

in %, d e s Mittelw.

j

+

5,33

+

+

0,045

0.84

0,052

0,88

7,03

0,400

5,70

0,063

0.90

320,1

6,35

0,446

7,02

0,071

1,11

319,7

6,19

0,256

4,15

0,041

0,66

262,5 264,3

1,07 1,13

0,014 0,024

K o n t r o l l v e r s u c h zu II m i t dem P h o t o m e t e r von

Heide

etwa

absolut

Vergleich b e i d e r L a m p e n o h n e f a r b i g e G l a s b l e n d e n 1 ) :

1. D i a p h r a g m a IV . . . . 2. V e r s u c h o h n e D i a p h r a g m a III.

Mittlerei Fehler Jes Mittelw. der Lichtstärkenverhältnisse

Mittlerer Fehler des einzelnen LichtstärkenVerhältnisses

L a m p e I w a r lurch ein r o t e s G l a s a b g e b l e n d e t :

I.

1. D i a p h r a g m a I ( Ö f f n u n g auf Rot) . . 2. D i a p h r a g m a II . . . . 3. D i a p h r a g m a I I I ( Ö f f n u n g auf W e i ß ) 4. Vcrsuch oline D i a p h r a g m a 5. D i a p h r a g m a IV . . . . II.

a

ohne

1,31 2,12

0,002 0,004

L u m m e r und

0,207 0,336

Brodhun2):

farbige 266,5

1,20

0,017

') Die R o t a t i o n s g e s c h w i n d i g k e i t d e r G i p s s c h e i b e / 3 der R o t a t i o n s g e s c h w i n d i g k e i t bei V e r s u c h I.

1,42 betrug

0,003 \

0,224

bei V e r s u c h

II

2

2 ) E i n e K o n t r o l l e des V e r s u c h e s I m i t t e l s des P h o t o m e t e r s von u n d B r o d h u n erwies sich als u n m ö g l i c h .

Lummer

200

V I I I . Kapitel.

Stationäre Photometer für Laboratorien.

Aus diesen Versuchen ergibt sich einerseits, daß die Photometereinstellung sehr wesentlich davon abhängt, welcher Teil des Gesichtsfeldes zur Messung benutzt wird, und anderseits daß die Genauigkeit am größten wird, wenn nur ein kleiner mittlerer Ausschnitt aus dem Gesichtsfeld verwendet wird. Das erste Ergebnis ist ohne weiteres klar, und das zweite erklärt sich leicht daraus, daß alle übrigen Teile des Gesichtsfeldes andere Einstellungen zur Folge haben und dadurch das beobachtende Auge nur verwirren und die Einstellung erschweren.

I

dD © © II

III

IV

Fig. 121.

Wenn das Flimmern im mittleren Teile des Gesichtsfeldes verschwunden ist, muß es rechts und links noch bestehen. Hierdurch wird die Einstellungsgenauigkeit beeinträchtigt. .Man wird also gut tun, bei Verwendung des Flimmerphotometers die quadratische Mittelblende Fig. 121 IV zu benutzen. Daß das Photometer mit derselben tatsächlich Brauchbares leistet, ergibt der Vergleich mit dem Photometer von Lumnier-Brodhun.

§ 88. Das Flimmerphotometer von Bechstein. Das Flimmerphotonieter von Bechstein 1 ) vermeidet den Fehler des Photonieters von Sinmiance-Abady. In Fig. 122 ist das Instrument schematisch im Schnitt dargestellt. Bei dieser Einrichtung ist der photometrische Gipskörper in Form eines Prismas G feststehend angeordnet. Eine keilförmige Linse K rotiert. Der Gipskeil und die Okularblende A mit schlitzförmiger oder kreisrunder Öffnung befinden sich in den Brennweiten der Linsen K bzw. L. Das von der feststehenden Blende B begrenzte Gesichtsfeld kann mit L als Lupe scharf eingestellt werden. Rotiert K um die Achse des Instrumentes, so beschreibt das auf dem Gipskeil liegende Bild des Schlitzes der Okularblende A eine Bahn, die in Fig. 123 dargestellt ist. Bei richtiger Stellung des Gipskeils G wird daher das ganze Gesichtsfeld während einer halben Umdrehung der Keillinse beleuchtet. Unsymmetrie des W a l t e r Bechstein, Ein neues F l i m m e r p h o t o i n e t e r . m e n t e n k u n d e 25. S. 45. 1905.

Zeitschrift für Instru-

§ 88. (Wpskeiles

kann

201

l'as Flinimei'iiliiiliimetCT von Bcchstein. beseitigt

werden.

D i e J u s t i e r u n g des I n s t r u m e n t e s liil.it s i c h i n Folgender W e i s e

durch

['inlegen

desselben

kontrol-

lieren:

leicht

Ks w i r d

A so g e d r e h t , dal.! d a s

B i l d der K a n t e G i m S c h l i t z der O k u l a r blende erscheint. gedreht

und A unverändert

m u ß das B i l d annehmen | _

• :.f - - - - - - J>

W i r d nun G um

der

wie

zuvor.

suchen empfiehlt mit

gelassen, so

dieselbe

Lage

Bei diesen

Yer-

es s i c h , das

Lupe,

luld

JA

£L

B a n d d e r O k u l a r h l e n d e e i n s t e l l t , zu be-

I I

M

(rächten. Beobachtung

die

Fernrohr-

_ j

Zur

einer

Kante

180°

in

kein zur Horizontalen Instrument

in der

man

auf

den

verschiedenen läßt sich das

Büchse

des

um beliebige W i n k e l drehen.

Trägers

l)ie

Größe

1- ig.i -23. der W i n k e l l-'ig. 1

kann

am

Kreis durch

ist das I n s l r u m e n l

in

einen

Ansicht

I n d e x abgelesen w e r d e n . dai'gestellt.

Zum Antrieb

^ln der

Fis. I i i . rotierenden für

I 10 V o l t

K e i l l i n s e w i r d ein k l e i n e r K l e k t r o m o t o r benutzt.

Der

Klektromotor

hat

vor

.1/ f ü r H V o l t dem im

oder

Flimmer-

VI II. Kapitel.

202

photometer teil,

daß

von sich

Stationäre I'holumeler für Laboratorien.

Sinunance - Abady seine

verwendeten

Umdrehungszahl

völlig k o n s t a n t halten

viel

Uhrwerk

leichter

den

Vor-

regulieren

und

läßt.

In einer w e i t e r e n , n o c h e i n f a c h e r e n

K o n s t r u k t i o n des

Beclistein-

schen F l i m m e r p h o t o m e t e r s ist der Gipskeil G durch einen unter e t w a 45°

stehenden

Linse

fehlt

mäßige

und

Hei

ersetzt,

welcher

dieser A n o r d n u n g

wechselseitige

Einseitigkeit dieselbe

Gipsschirm

hier.

Beleuchtung

Instrumente

gleichen g l e i c h g e f ä r b t e r erheblichen

des

wie

ruhig

brennende

eignen

in der F ä r b u n g . mit

sich

da eine und

aufnimmt. sowohl zum

Um

dies

Petroleumlampen

./,

und

,/ 2 ,

deren

A und ( ' w a r b i s h e r das F l i m m e r p r i n z i p gänzlich u n b e k a n n t .

./, grün

Beobachter

.

einer lung Fehler

.

.

.

700

698

696

704 701! 699 698

Liebt

Trotzdem

Übereinstim-

G

A

J z welli

(stark);

rubinrot; J , blau (hell)

Beobachter

Beobachter C

A

B

C

696

477

484

481

629

617

617

704

480

484

482

637

615

620

700

698

476

487

482

637

614

62 t

700

699

475

482

481

631

620

623

704

698

472

484

483

633

615

626

700

700

477

482

485

634

631

623

700

700

701

474

480

483

632

618

625

699

702

698

472

482

482

626

610

622

699

701

697

475

478

483

630

623

628

697

698

695

476

483

478

633

629

625

699,6

700,1

698,6

475,4

482,6

632,2

619,2

623,0

1,92

1,8

1,8

1,2

2,6

5,2

2,4

1,09

1,15

1,13

0,76

1,5

3

V*

.

j

"0

Mittel Mittlerer

699

zwei

Die Z a h l e n b e d e u t e n die E n t f e r n u n g e n /•,

(t » •l/ 1 „.ni \\ (.1R.u , iJ 1\,-p \\ li 11.

B

folgende

Den B e o b a c h t e r n

e r g a b sich, wie aus der T a b e l l e zu ersehen ist, eine gute

A

bei

nachzuweisen,

Zur U n t e r s u c h u n g dienten

d u r c h v o r g e s c h l a g e n e farbige G l ä s e r g e f ä r b t wurde.

m u n g in den E i n s t e l l u n g e n .

Ver-

sogar

f e s t s t e h e n d e m Gipskeile

angeslclll.

gleichbewirkt.

ungleichgefärbter Lichtquellen

Photonicler

V e r s u c h e von B e c h s t e i n

keilförmige

Gesichtsfeldes

Lichtstrahlen

von B e c h s t e i n

Unterschieden

wurden m i t einem gleiche,

Die

ist bei dieser K o n s t r u k t i o n ausgeschlossen,

F l ä c h e die zu v e r g l e i c h e n d e n

Diese

rotiert.

wird ebenfalls eine

Fehler Einstelin

¡11 %

mm

.

1,64

1,:i4

•

•

0,94

0,77

'

§ 89. der

Lichtquelle

Messungen

i"Iimnu-rpl)o(Dineler etc. von Bechstein.

./, v o m

konstant

Photonieter

gleich

1400

in

mm.

20.'!

- j - /'., w a r

l'iir

alle

mm.

A n s d i e s e n W e r t e n g e h t f e r n e r d e u t l i c h h e r v o r , d a ß B e o b a c h t e r .1 durchweg

Hof

heller w a h r n i m m t

a l s die

beiden

anderem

Beobachter.

§ 89. Flimmcrphotomctcr mit zwei in der Phase verschobenen Flimmerphänomenen von Bechstein. Bei

den

bisher

beschriebenen

Konstruktionen

wird d a s F l i m m e r p h ä n o m e n

,,h

eines art

beliebig begrenzten

erzeugt,

von

Flimmer-

stets auf der ganzen

daß

das

Gesichtsfeld

in

Augenblick mir von einer L i c h t q u e l l e , gleichzeitig

von

beiden

Fläche

Gesichtsfeldes

beleuchtet

der-

jedem niemals

wird.

Die

n e u e r e K o n s t r u k t i o n von B e c h s t e i n 1 ) ( F i g . 1 2 5 ) läßt dagegen M

V

zeitig

sichtsfeld

O

stets

beide Lichtquellen

auf das Gesichtsfeld hat

das

in F i g .

gleich-

wirken.

Das

Ge-

126 und

127

dar-

gestellte A u s s e h e n , welches dem eines F u m m e r Brodhmischen Fs

werden

Gleichheitswürfels

aber

zwei

um

entspricht.

1 8 0 ° in

der

Phase

verschobene Strahlen verwendet, von welchen der

eine

andere

zur zur

geschlossenen

Beleuchtung Beleuchtung

des

Kreisseheihe

also

ISO"

gegenüber

dem

ihm

der ein-

dient.

Das Flinunerphänonien ist

Ringes,

der von

auf der

auf

dem

letzteren Ring

um

unterscheidet

sich

verschoben.

(i) Fig.

von

U6.

Die

Konstruktion

dieses

der

des e i n f a c h e n

Flinimerphotometers,

F i g . 15

Flinimerphotometers

wie a u s F i g . 1 2 5

hervor-

g e h t , d u r c h den E r s a t z des e i n f a c h e n K e i l s d u r c h einen D o p p e l k e i l bestehend L)

a u s zwei

konzentrisch

zueinander angeordneten

A'A',

Glaskeilen

Walter Bechstein, Zeitschrift für Instriunentenkunde 2(>. S. 249.

1906.

204

V I I I . Kapitel.

Stationäre P h o t o m e t e r für Laboratorien.

mit gleichen b r e c h e n d e n Winkeln n e b s t angelegter Blonde B. Die Keile K K sind s t a r r m i t e i n a n d e r d e r a r t v e r b u n d e n , d a ß die Keilwinkel entgegengesetzte Lage haben. Sie werden mit der Linse L j von einem .Motor in e n t s p r e c h e n d e R o t a t i o n versetzt. Durch Verstellen der L u p e L.2 k ö n n e n beide Keile gleichzeitig f ü r das bei A b e o b a c h t e n d e Auge scharf eingestellt werden. Das Gesichtsfeld k a n n durch E i n s e t z e n von Blenden bis zur fovealen Größe a b g e b l e n d e t w e r d e n . Geschieht dies n a c h der in Fig. 128 dargestellten Weise, so wird n u r ein Flimmer[ ) ; ;Q) ) p h ä n o m e n b e o b a c h t e t , n a c h Fig. 129 werden beide y ' _ Flimmerphänomene beobachtet. "" Durch die E i n f ü h r u n g des Doppelkeiles K K in den S t r a h l e n g a n g des I n s t r u m e n t e s werden zwei um 180° verschobene Bilder A1 u n d A% der schlitzförmigen Augenpupille ,4 auf d e m Gipsprisma G erzeugt, welche bei der R o t a t i o n die in Fig. .130 dargestellte B a h n beschreiben. In der Ruhelage und in der in Fig. 125 gezeichneten Stellung des R o t a t i o n s k ö r p e r s 7? erhält der RingA' L i c h t von u n d das Z e n t r u m K solches von J j , und alle Stellen des Ringes sowie des Z e n t r u m s werden von der e n t s p r e c h e n d e n Lichtquelle gleich hell beleuchtet. In der Ruhelage ist das I n s t r u m e n t d a h e r ein G l e i e h h e i t s p h o t o m e t e r , bei weichein aber aus optischen G r ü n d e n die T r e n n u n g s linie n i c h t zum V e r s c h w i n d e n g e b r a c h t werden k a n n . Auf Gleichheit einzustellen ist i m m e r d a n n möglich, wenn sin cp ajd ist (Fig. 130). Fig. 1311. W i r d der K ö r p e r N etwa um 180° gedreht, so bek o m m e n der Ring K und das Z e n t r u m K L i c h t von Jt bzw. ,/ 2 . Die Lichtquellen sind scheinbar gegenseitig u n t e r B e i b e h a l t u n g ihrer Entfernungen vertauscht. L ä ß t m a n den K ö r p e r H langsam rotieren, so h a t das Gesichtsfeld bei gleich g e f ä r b t e n Lichtquellen abwechselnd das Aussehen von Fig. '126 u n d 127, solange der Gipskeil noch n i c h t beiderseitig gleich s t a r k beleuchtet ist. Bei E r h ö h u n g der U m d r e h u n g s z a h l , welche a b e r bei gleichfarbigen Lichtquellen im Interesse der E m p f i n d l i c h k e i t sehr gering sein soll, t r i t t F l i m m e r n ein, welches d a d u r c h , d a ß die Maxiina u n d .Minima abwechselnd im Ring u n d Z e n t r u m erscheinen, v e r s t ä r k t wird. Die E i n s t e l l u n g erfolgt wie beim einfachen F l i m m e r p h o t o m e t e r so, daß das F l i m m e r n möglichst v e r s c h w i n d e t . Beim Vergleichen verschieden g e f ä r b t e r Lichtquellen wird die U m d r e h u n g s z a h l so gewählt, d a ß das Gesichtsfeld gerade in der Misch-

§ 90. Photometerkopf für zweiäugige Beobachtung von Krüß.

205

färbe erscheint und das Flimmern nur durch Helligkeitsunterschiede hervorgerufen wird. In Fig. 131 ist das doppelte Flimmerphänomen für den Fall der Einstellung auf ungleiche Beleuchtung des Gipskeiles schematisch dargestellt. Die Kurven I und II, deren Formen willkürlich gewählt sind, zeigen die Größenverhältnisse der periodisch wiederkehrenden Lichtreize der beiden in der Phase verschobenen Flimmerphänome, wenn die Einstellung auf gleiche Helligkeit noch fehlerhaft ist. 1 Umdrehung

r

Zentrum I Ring II Fig. 131.

Die von den Kurven umschlossene Fläche stellt den auf das Auge ausgeübten integralen Lichtreiz dar. Mit diesem Photometer läßt sich genauer und weniger ermüdend einstellen als mit dem einfachen Flimmerphotometer.

§ 90. Photometerkopf für zweiäugige Beobachtung von Krüß. Es wird von manchen Beobachtern als lästig empfunden, bei Anwendung eines optischen Meßinstrumentes nur ein Auge benutzen zu sollen. Nicht jeder ist ohne weiteres imstande, das andere Auge in Ruhe zu stellen; es wird häufig krampfhaft geschlossen und dadurch dann auch die Ruhe des beobachtenden Auges gestört. Man hat manchmal schon Abhilfe zu schaffen versucht .durch eine scheinbar zweiäugige Einrichtung, bei welcher das zur Untätigkeit verurteilte Auge einfach in ein vollkommen dunkles Rohr blickt. Stigler 1 ) hat Untersuchungen angestellt und gefunden, daß der gewöhnlich üblichen monokularen Beobachtung beim Photometrieren die binokulare Beobachtung vorzuziehen sei. Stigler fand insbesondere, daß die Unterscheidungsempfindlichkeiten beider Augen sich addieren. Die prozentualen Fehler betrugen bei Stiglers Versuchen beim Photometrieren mit e i n e m Auge meist mehr als 2%, während sie beim Photometrieren mit z w e i Augen unter 1,5% herabgingen. Ferner ergibt sich bei der Beobachtung mit zwei Augen eine größere Helligkeitsempfindung als bei der mit einem Auge sowie geringere Ermüdung der Augen. R. Stigler, Zeitschrift für Sinnesphysiologie 44. S. 62. 1909.

VIII. Kapitel. Stationäre Photometer für Laboratorien.

206

Krüß 1 ) hat nun den Lummer-Brodhunschen Photometerkopf für zweiäugige Beobachtung eingerichtet. Die Aufgabe, die Krüß löste, ist folgende: Es sei P in Fig. 132 die Hypotenusenfläche des Lummer-Brodhunschen Würfels, durch welche hindurch bzw. an welcher reflektiert der Photometerschirm S von dem in A befindlichen Auge gesehen wird. Immer wird die Hypotenusenfläche, auf der dies Vergleichen der photometrischen Felder stattfindet, auf der Netzhaut des Auges scharf abgebildet, während die Fläche des Photometerschirmes S die Beleuchtung der Hypotenusens ^ \ ] ^ ' T~ fläche bewirkt. Betrachtet man nun die Hypotenusenfläche P anstatt mit einem Auge A mit den beiden Augen Al und Ar, so zeigt Fig. 132 ohne weiteres, daß dann für die beiden Augen verschiedene Teile des Photometerschirmes S wirksam sind. Die erste zu erfüllende Bedingung ist demnach die, daß für beide Augen die gleichen Teile des Photometerschirmes 11 in Wirkung treten; dazu kommt Ii 1 S als zweite Bedingung, daß nicht A eine beträchtliche LichtschwäFig. 132. chung herbeigeführt werde. Krüß löste diese Aufgaben in der Weise, daß er jedem Auge einen Lummer-Brodhunschen Würfel gab und die optischen Achsen beider auf denselben Punkt des Photometerschirmes S richtete, wobei er die bereits früher 2 ) gegebene Ausführungsform des Lummer-Brodhunschen Würfels verwendete. In dieser in Fig. 133 dargestellten Krüßschen Ausführungsform des Lummer-Brodhunschen Würfels beleuchten die beiden Seiten des Photometerschirmes S die Hypotenusenfläche des Prismenpaares P durch die beiden rechts und links aufgestellten Spiegel und Durch das Reflexionsprisma G werden die Strahlen wieder in die Mittellinie des Instrumentes gelenkt und gelangen durch die Linse L und die Okularblende 0 in das Auge A. Soll nun für jedes ') H. Krüß, Zeitschrift für Instrumentenkunde 30. S. 329. 1910. ) H. Krüß, Journal für Gasbeleuchtung 37. S. 61. 1894. 39. S. 265. 1896.

2

§ 90.

Photometerkopf für zweiäugige Beobachtung von Krüß.

207

Auge ein Lummer-Brodhunsches Prismenpaar vorhanden sein, so müssen beide mit ihren Hypotenusenflächen in der Mittellinie des Instrumentes, in der Ebene des Photometerschirmes S stehen; es müssen also an Stelle des Prismenpaares P (Fig. 133) zwei solcher Prismenpaare Pl und PT (Fig. 134) angebracht werden und zwar symmetrisch zum Mittelpunkte des Photometerschirmes S. Anstatt je eines Spiegels s1 und s2 werden auf jeder Seite zwei Spiegel slt, slr und s 2I , s 2 r angebracht und zwar in solcher Neigung, daß der Mittelpunkt des Photometerschirmes S in jedem der Prismenpaare in horizontaler Richtung gesehen wird. Durch zwei übereinander stehende Reflexionsprismen G und zwei senkrecht über einander stehende 2, \ sr Linsen L werden die Strahlen ebenso wie in der durch Fig. 133 >1 i' angedeutetenWeise weitergeleitet.

Pr

Fig. 134.

Die für die beiden Augen bestimmten Bilder der Hypotenusenflächen der beiden Prismenpaare Pt und Pr liegen also senkrecht über einander, und es handelt sich nun darum sie wieder in ein und dieselbe Höhe und in den Abstand der beiden Augen voneinander zu bringen. Das geschieht in einfacher Weise durch die Benutzung einer Reihe von Reflexionsprismen, wie sie in Fig. 135 in Aufsicht und Ansicht dargestellt sind. Die rechtwinkligen Prismen 1; und l r befinden sich in der Mittellinie des Instrumentes in gleichem vertikalen Abstand voneinander wie die beiden Prismenflächen. Ihre Hypotenusenflächen sind gegeneinander gekreuzt, so daß das Prisma 1, die Strahlen nach links, das Prisma l r sie nach rechts reflektiert. Diese beiden Prismen sind in fester Stellung angebracht, wogegen die seitlichen Prismen 2 und 3 in horizontaler Richtung zur Anpassung an den Augenabstand des Beobachters verschiebbar sind. Durch zweimalige Reflexion in den rechtwinkligen Prismen 2l und 2r werden die für das-linke und das rechte Auge bestimmten Strahlen auf dieselbe mittlere Höhe gebracht und dann durch die ebenfalls

208

VIII.

Kapitel.

Stationäre

Pliotometer für

Laboratorien.

r e c h t w i n k l i g e n P r i s m e n •'!, u n d 3,. h o r i z o n t a l n a c h v o r n in d i e A u g e n .1, und

Ar

des B e o b a c h t e r s

gesandt.

Fig. 136 zeigt nocli eine äußere Ansicht des Instrumentes 1 ). D.e l)eiden in der Seitenwand angebrachten Schrauben gestatten d e Spiegel -vj,, .v)r und s.2h und ,v2,. (Fig. 131) so einzustellen, daß die vui der Mitte des Pliotoineterschirnies S kommenden Strahlen horizontd durch die Mitte der Prismenpaare gehen. In dem vorderen A n s a t ; rohre sind die beiden Linsen verschiebbar vorhanden; durch die beidin nach oben und unten herausragenden Knöpfe können sie so eingestellt werden, daß die Hypotenusenflächen der Prismenpaare den vor den Augenmuscheln befindlichen Augen des Beobachters scharf eingestellt erscheinen. In dem vorderen viereckigen Kasten befinden sich die in Fig. 135 schematisch dargestellten Prismen. Die Kntfernung r

Fig. !.:>;

beiden Außenpaare voneinander kann durch eine Schraube, deri'ii Knopf seitwärts heraussteht, symmetrisch zur Mittellinie verändert werden, um die austretenden Strahlen in die Entfernung der beiden Augen voneinander zu bringen; eine Millimeterteilung an der-Vordcrseite erlaubt diese E n t f e r n u n g abzulesen. S t i m m t der Augenabstard nicht mit der Einstellung dieser Prismen überein, so wird man die beiden Hypotenusenflächen der Prismenpaare als zwei getrennte Bilder wahrnehmen; durch entsprechende Drehung des seitlichen Knopfes werden sie leicht zur Deckung gebracht. Der ganze Photometerkopf kann um seine von vorn nach hinten gehende Achse um 180° gedreht werden, damit jederzeit festgeste.lt werden kann, ob das P h o t o m e t e r auch in seiner Wirkung symmetrisch ist, und man, wenn dieses nicht der Fall sein sollte, durch zwei Einstellungen in den beiden Lagen des Instrumentes den Fehler der Unsymmetrie auszuschalten vermag. 1)

D a s I n s t r u m e n t w i r d h e r g e s t e l l t v o n A. k r ü ß , H a m b u r g ,

Adolphsbrücke.

§ 91.

§ 91.

209

Justiervorrichtung für Photonieteraufsätze.

Justiervorrichtung für Photometeraufsätze.

Wenn ein Photometeraufsatz, dessen bestrahlte Flächen einander parallel sind, so aufgestellt wird, daß die Flächen nicht genau senkrecht auf der Photonieterachse stehen sondern daß die Photometerachse mit der im Schnittpunkt des Schirmes errichteten Normalen einen kleinen Winkel u bildet, so wird die Beleuchtung beider Seiten des Schirmes im Verhältnis cos a geschwächt. Es ist deshalb bei solchen Photometeraufsätzen nicht unbedingt erforderlich, daß sie derart aufgestellt werden, daß die auf dem Schirm errichtete Normale genau mit der Photometerachse zusammenfällt. Anders verhält es sich indessen bei solchen Photonietern, bei welchen ein Ritchiescher Gipskeil verwendet ist, wie z. B. bei dem in § 88 beschriebenen Flimmerphotometer von Bechstein. Bei dieser Anordnung wird durch einen kleinen Fehler in der Aufstellung die Beleuchtung der einen Keilfläche vergrößert, die der anderen verkleinert; der Fehler wird also verdoppelt. Man kann diesen Fehler unschädlich machen, indem man das Substitutionsverfahren anwendet. Indessen wird es doch angenehm sein, nicht immer auf dieses Verfahren angewiesen zu sein sondern auch eine direkte Vergleichung zweier Lichtstärken vornehmen zu können. Zu diesem Zwecke haben Schmidt und Haensch eine Justier-Vorrichtung konstruiert, welche in Fig. 137 dargestellt ist. J1 und J2 seien zwei gleiche, konstante Lichtquellen irgendeiner Art, welche in gleicher Höhe mit dem Photometeraufsatz und genau auf der .Mittellinie der Photometerbank angebracht sein müssen. Ihre Abstände r1 und r2 am Index der Photometerbank abgelesen, müssen b e i r i c h t i g e r S t e l l u n g des P h o t o m e t e r a u f s a t z e s gleich groß sein. Der etwa vorhandene einseitige Fehler des Instrumentes selbst ergibt sich durch den Umschlag desselben in seinem Träger. Es müssen dann sein: r1

r / = r2 -f- r2.

Die Justierung des Photometers geschieht folgendermaßen: J1 und J2 seien die beiden gleichen, konstanten Lichtquellen, welche in gleicher Höhe mit dem Photometeraufsatz und genau auf der Mittellinie der Photometerbank angebracht sind. Die Justiervorrichtung besteht aus einem Zapfen Z mit Kreis K, welcher auf den Auszug des Photometerwagens f e s t aufgeschraubt wird und der Hülse H, welche mit Index J und Klammer S ausgerüstet ist und ebenfalls f e s t verschraubt den Photometeraufsatz trägt. Die Hülse H wird auf den Zapfen Z gesteckt und so gestellt, daß das Instrument ungefähr senkrecht steht. Hierauf U p p en b o r n - M on a s e h , Lehrbuch der Photometrie.

14

210

V I I I . Kapitel.

S t a t i o n ä r e P h o t o m e t e r für L a b o r a t o r i e n .

erfolgt eine E i n s t e l l u n g auf Gleichheit oder K o n t r a s t oder auf Verschwinden des F l i m m e r n s bei A n w e n d u n g eines Fliiunierphotonieters, u n d d a n n wird a m I n d e x der B a n k abgelesen. U n t e r B e n u t z u n g von Kreis K und I n d e x J wird n u n das I n s t r u m e n t um genau 180° (0,1° gesehätzt) gedreht. Eine neue E i n s t e l l u n g auf Gleichheit usw. ergibt eine von der ersten a b w e i c h e n d e Stellung auf der B a n k . Die Differenz der ersten u n d zweiten Ablesung a m I n d e x der B a n k wird halbiert, der W a g e n an diese Stelle g e b r a c h t und n u n das P h o t o m e t e r durch Drehen u m den Zapfen Z auf Gleichheit eingestellt. U n t e r B e n u t z u n g von Kreis K u n d I n d e x / wird wieder das I n s t r u m e n t um genau 180° g e d r e h t usw.

Fig. 137.

Bei einiger Ü b u n g gelingt es n a c h zwei- bis dreimaliger Wiederholung die richtige Stellung des P h o t o m e t e r a u f s a t z e s zur Mittellinie der P h o t o m e t e r h a n k zu finden. S c h r a u b e S wird hierauf vorsichtig fest angezogen. Wird der Kreis A mit Zapfen Z auf dem W a g e n der Bank belassen, so k ö n n e n beliebig viele P h o t o m e t e r a u f s ä t z e auf denselben Zapfen gesetzt w e r d e n ; die richtige Stellung eines jeden wird mittels I n d e x J stets wieder gefunden.

§ 92. Die Genauigkeit der Photometerablesungen. Die A n g a b e n ü b e r die bei den einzelnen P h o t o m e t e r k o n s t r u k tionen erzielbare Genauigkeit, d. h. ü b e r den m i t t l e r e n Fehler einer Ablesung sind s c h w a n k e n d , d e n n bei solchen Feststellungen spielt die V e r s u c h s a n o r d n u n g u n d die größere oder geringere Ü b u n g des Beoba c h t e r s eine große Rolle. Die d u r c h solche B e o b a c h t u n g e n g e f u n d e n e n R e s u l t a t e h a b e n d a h e r stets n u r eine relative B e d e u t u n g .

§ 92.

Die G e n a u i g k e i t d e r

211

Photoineterablesungen.

Martens und Beckstein 1 ) haben eine V'ergleiehung der Genauigkeit verschiedener Photonieterkonstruktionen ausgeführt. Hierbei bedienten sie sieh der in Fig. 138 im Grundriß dargestellten Anordnung. Eine Glühlampe von 50 HK beleuchtet beiderseitig durch die Spiegel Sl und S2 das zu prüfende Photometer P. Auf diese Weise ist jeder Einfluß einer Änderung der Lichtstärke der Glühlampe völlig aufgehoben. An dem zu prüfenden Photonieter wurde eine Glasskala angebracht, welche von einem Beobachter mittels eines Fernrohres abgelesen wurde. 50Hi o

Fie.

138.

Auf diese Weise wurden die in nachstehender Tabelle verzeichneten Werte gefunden: Minierer

Luuinier und Brodhuns Kontrastphotoineter Martens Photonieter Luinmer und Brodhuns Gleichheitsphotonieter Jolys Diffusionsphotometer Bunsen-Rüdorffs Fettfleckphotometer

Fehler einer

Ablesung:

.

0.38% 0,46% . 0,59% 1,7 % 2,0 %

Eine Verschiebung von 1 mm ergab einen Fehler von 0,27 %. Aus dieser Angabe ist ersichtlich, daß die Versuche nicht unter den günstigsten Bedingungen stattgefunden haben, denn sonst hätten sich wohl noch etwas günstigere Zahlen ergeben. Strecker 2 ) gibt den Fehler eines geübten Beobachters beim Bunsenschen Photometer auf 3 % und bei Beobachtung aller Vorschriften auf 1 % an, was mit den Beobachtungen von Uppenborn übereinstimmt. Nebel 3 ) erzielt eine Genauigkeit von 0,5 bis 0,8%. Für das Kontrastphotometer wird die Genauigkeit von anderer Seite auf 0.25% angegeben 4 ). M M a r t e n s u n d Beehstein, J o u r n a l f ü r G a s b e l e u c h t u n g ' 43. S. 251. 1900. l S t r e c k e r , L i c h t i n e s s u n g e n in d e r T e c h n i k m i t b e s o n d e r e r B e r ü c k s i c h t i g u n g e l e k t r i s c h e r G l ü h l a m p e n . E . T. Z. 7. S. 154. 1886. 3 | B. Nebel, I b e r s t ö r e n d e E i n f l ü s s e a m B u n s e n s c h e n P h o t o m e t e r u n d diesbezügliche A b ä n d e r u n g e n . R e p e r t o r i u m d e r P h y s i k S. 724. 1888. J ) Z e i t s c h r i f t f ü r I n s t r u m e n t e n k u n d e 9. S. 49. 1889. 2

14*

212

VIII.

Kapitel.

S t a t i o n ä r e P h o t o m e t e r für L a b o r a t o r i e n .

Die oben angegebenen mittleren Felller sind a b e r nicht, wie man a n z u n e h m e n v e r s u c h t wäre, Größen, welche für eine gegebene P h o t o meterkonstruktion v i e l m e h r in ganz l e u c h t u n g

die B e d e u t u n g erheblichem

von

Konstanten

Maße von

der

haben;

sie

S t ä r k e d e r

des P h o t o n i e t e r s c h i r n i e s abhängig.

sind Ii e -

Dies folgt schon

aus der einfachen Überlegung, daß im Grenzfalle, wo die B e l e u c h t u n g sich der Null n ä h e r t , der F e h l e r unendlich wird.

I ber diejenige Be-

l e u c h t u n g s s t ä r k e , welche den kleinsten mittleren Fehler gibt, ließ sich n u r die ältere A n g a b e ermitteln, welche K r ü ß 1 ) m a c h t , wonach diese B e l e u c h t u n g s s t ä r k e gleich j e n e r des diffusen T a g e s l i c h t e s sein soll.

Das

diffuse T a g e s l i c h t eines R e g e n t a g e s in München wurde von Uppenborn zu 1400 L u x gefunden. Photometerschirm

viel

W ä h r e n d rmn diese B e l e u c h t u n g für einen zu

hoch

erscheint,

sind

die

Beleuchtungen,

welche vielfach bei photonietrischen Versuchen herrschen, zu niedrig. Dies ist auch der Grund, weshalb die V o r s c h a l t u n g g e f ä r b t e r

Gläser

beim Vergleichen verschieden g e f ä r b t e r L i c h t q u e l l e n selten eine Vergrößerung der Meßgenauigkeit

O

mit sich

bringt.

1,25 Fie. 139.

Z.SO'71

Um den S a c h v e r h a l t genauer festzustellen, wurde von Uppenborn die Aufstellung

gemäß

Fig. 139

gewählt.

Der

Photometerkopf

wurde über der Mitte einer P r ä z i s i o n s p h o t o m e t e r b a n k strich ( 1 2 5 , 0 c m ) eingestellt

I'

auf den Teil-

und etwa 5 0 cm s e n k r e c h t über diesem

eine in allen R i c h t u n g e n v e r s c h i e b b a r e G l ü h l a m p e G aufgehängt.

Die

Spiegel S1 und S2 waren in gleicher E n t f e r n u n g vom P h o t o m e t e r aufgestellt und zwar so, daß das von der G l ü h l a m p e G a u s g e s t r a h l t e Licht in die P h o t o m e t e r a c h s e geworfen wurde.

Das P h o t o m e t e r war gegen

die L a m p e durch einen schwarzen Schirm .4 Bei

gleichen

Spiegelkoeffizienten

und

abgedeckt.

gleicher

Lichtstärke

der

G l ü h l a m p e G in den beiden in B e t r a c h t k o m m e n d e n R i c h t u n g e n würde die P h o t o m e t e r e i n s t e l l u n g Gleichheit der L i c h t s t ä r k e anzeigen.

Diese

') K r ü ß , E l e k t r o t e c h n i s c h e P h o t o m e t r i e S . 52. 1886. W i e n . Hartlebens Verlag.

§ 92. Die Genauigkeit der Photometerablesungen.

213

Stellung ergibt den kleinsten Beobachtungsfehler. Zur Erzeugung verschiedener Beleuchtungen wurden bei den Versuchen mehrere Kohlenfadenlampen von 10 bis 50 HK verwendet und teils mit Unterspannung, teils mit Überspannung gebrannt. Ferner wurde noch die Entfernung der Spiegel und damit die Photometerlänge einigemale verändert. Bei 11 verschiedenen Beleuchtungen wurden von zwei Beobachtern je 20 Ablesungen vorgenommen. Zur genauen Bestimmung der Beleuchtungen in Lux wurde der Photometerkopf nachträglich auf den Mittelwert der Ablesungen für die betreffende Beleuchtung eingestellt, dann ein Spiegel entfernt und an Stelle desselben eine bei den Spannungen 70, 100 und 110 Volt geeichte Vergleichslampe aufgestellt, Diese konnte mittels einer besonderen Vorrichtung vom Photometer aus verschoben und genau öingestellt werden.

—) H. Krüß, Journal für Gasbeleuchtung 49. S. 109. 1906. U p p e n born-iM on a s c h ,

L e h r b u c h der P h o t o m e t r i e .

15

226

V I I I . Kapitel.

Stationäre Photonieter für Laboratorien.

d) Z e r s t r e u u n g s l i n s e ». Zu dem gleichen Zweek sind auch Zerstreuungslinsen verwendet worden 1 ).

C. Photometerbank und Photometerraum. § 98.

Die Photometerbank.

Photonieterbänke wurden früher des hilligen Preises halber nicht selten aus Holz hergestellt. Indessen ist dieses Material wegen seiner Unbeständigkeit hierzu nicht recht geeignet und für Präzisionsmessungen auszuschließen. Die Physikalisch-Technische Rcichsanstalt hat eine Photometerbank konstruiert, welche sich sehr gut bewährt hat und von sehr vielen Laboratorien verwendet wird. Diese Photometerbank ist in der Ausführung von Schmidt und Haensch in Fig. dargestellt. Zwei starkwandige Stahlrohre von 285 er» Länge sind nebeneinander auf drei gußeisernen Böcken, welche auf 3 Stellschrau-

ben ruhen, angeordnet und tragen drei auf je drei Rollen laufende Wagen J, II, III. Uiese Wagen tragen in der Mitte ein vertikales Stahlrohr, welches zur Aufnahme von verschiedenen Lichtquellen, Tellern, Apparaten sowie des Photometeraufsatzes dienen. Das Stahlrohr kann durch Zahn und Trieb T gehoben und gesenkt werden. Die auf dem Wagen angebrachten Apparate können um ihre Vertikalachse gedreht werden. Jeder Wagen ist mit einem Index versehen, welcher zum Ablesen der Stellung der Achse des Vertikalrohres auf ') N ä h e r e s s i e h e : I V r r v u n d A v r l o n , P h i l o s n | i h i c a l M a g a z i n e (5) 8. S. 117 und S. i5. 1 8 8 0 . Voller, Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e E l e k t n z i U i t s l e h r e 4. S. -'i6. 1 8 8 3 .

§ 99. einer an dem

PhotonuHen-aum.

einen h o r i z o n t a l e n

T e i l u n g dient.

227

S t a h l r o h r e der B a n k

angebrachten

Die W a g e n sind leicht beweglich, w o d u r c h die p h o t o -

m e t r i s c h e E i n s t e l l u n g sehr e r l e i c h t e r t wird. W e n n erforderlich, k ö n n e n die W a g e n a u c h m i t Hilfe

einer K l e m m v o r r i c h t u n g

strich der S k a l a f e s t g e s t e l l t w e r d e n .

ist gleich der freien V e r s c h i e b u n g der W a g e n Die S t a h l r o h r e sind m i t H a r t g u m m i die T e i l u n g weiß eingelassen ist. m e t r i s c h e n E i n s t e l l u n g dient, Photorneteraufsatz

II

ist

einen

einen kleinen T e i l der S k a l a

überzogen,

einen

Lampenträger

einigen p h o t o m e t r i s c h e n Von

besonderem

in welches

Material

An d e m W a g e n , w e l c h e r zur p h o t o eine

welcher

den

Skalenbcleuchtungsvorrichtung

Druckknopf

e i n g e s c h a l t e t wird u n d

beleuchtet.

Der Verbindungsrahmen r gestattet, dein

Teil-

und beträgt 2500 mm.

also g e w ö h n l i c h an d e m ,

trägt,

a n g e b r a c h t , welche d u r c h

auf j e d e m

Die L ä n g e der M i l l i m e t e r t e i l u n g

in

den P h o t o m e t e r a u f s a t z

feste V e r b i n d u n g

zu b r i n g e n ,

M e t h o d e n erforderlich

Werte

sind

die

sehr

was

mit bei

ist. reichlich

angeordneten

B l e n d e n . V i e r B l e n d e n sind m i t dein P h o t o m e t e r a u f s a t z e m i t Hilfe des R a h m e n s r fest v e r b u n d e n , eine

Blende

hinter

den

j e zwei weitere B l e n d e n

sind v o r und j e

zu v e r g l e i c h e n d e n L i c h t q u e l l e n

angeordnet.

Die B l e n d e n b e s t e h e n aus M e s s i n g p l o t t e n , welche m i t s c h w a r z e m S a m t überzogen sind.

Uppenborn

Photometerachse

rechtwinkeligen

zog den P h o t o m e t e r k o p f

Photometerköpfe

wird auf dein B e o b a c h t u n g s r o h r

Beobachtungsrohr

m i t einem zur

vor.

Für

noch ein

solche weiterer

S c h i r m a n g e o r d n e t , w e l c h e r den K o p f des B e o b a c h t e r s gegen seitliches Licht schützt.

Die T e l l e r zur A u f n a h m e v o n L i c h t q u e l l e n sind so einge-

r i c h t e t , daß die L i c h t q u e l l e n d u r c h a u s zentrisch sind. rechts

dargestellte

t i e f u n g des T e l l e r s .

Hefnerlampe

A

paßt

genau

in

Die in F i g . 1 4 9 eine

kleine

W i r d die H e f n e r l a m p e e n t f e r n t , so k a n n

die V e r t i e f u n g eine kleine

Messingscheibe

mit

zentrisch

Ver-

m a n in

aufgesetzter

G l ü h l a m p e s e t z e n ; auf der l i n k e n S e i t e der P h o t o m e t e r b a n k ist eine Gaslampe dargestellt.

D e r Messingteller ist m i t einer

Gradeinteilung

und mit I n d e x v e r s e h e n , d a m i t die L i c h t q u e l l e u n t e r j e d e m

beliebigen

W i n k e l in der H o r i z o n t a l e b e n e p h o t o m e t r i e r t werden k a n n . F ü r h ä n g e n d zu p h o t o m e t r i e r e n d e L i c h t q u e l l e n

ist ein b e s o n d e r e s

Stativ

zu

ver-

wenden.

§ 99. F ü r den P h o t o m e t e r r a u m

Photometerraum. wird in den L a b o r a t o r i e n n i c h t s e l t e n

ein k l e i n e r , d u n k l e r K e l l e r r a u n i g e w ä h l t , der m a n c h m a l n i c h t v e n t i l i e r b a r ist.

S o l c h e R ä u m e sind völlig u n g e e i g n e t .

einmal

W i r besitzen 15*

228

V I I I . Kapitel.

S t a t i o n ä r e P h o l o m e t e r für L a b o r a t o r i e n .

zurzeit keine anderen zuverlässigen Lichteinheiten als .Xormalflammen. Diese sind aber, wie oben bereits ausgeführt, in außerordentlich hohem Maße von dem Feuchtigkeits- und Kohlensäuregehalt der L u f t abhängig. E s ergibt sich daraus von selbst, daß P h o t o m e t e r r ä u m c , zumal, wenn sich in ihnen zugleich mehrere Personen aufhalten sollen, sehr groß und sehr gut ventiliert sein müssen, sonst werden durch die Luftverschlechterung Fehler von mehreren Prozenten hervorgebracht. W o aber die örtlichen Verhältnisse zur Verwendung eines kleinen Raumes zwingen, wird man bei der Benutzung von Flammennormalon stets die größte Vorsicht anwenden müssen. Man wird vor den Versuchen gründlich ventilieren und die Versuche auf eine möglichst kurze Zeit beschränken müssen. Der Anstrich der Wände wurde früher stets in mattschwarzer F a r b e hergestellt. Man k o m m t in letzter Zeit mehr von der schwarzen F a r b e ab, weil einige P h o t o m e t e r b ä n k e so beschaffen sind, daß sie äußeres L i c h t völlig ausschließen. Den tatsächlichen Fehler, welcher durch einen weißen Anstrich der Wände des Photometerraumes hervorgerufen wird, hat H v d e in den photometrischen Laboratorien des Bureau of S t a n d a r d s in W a s h i n g t o n 1 ) näher untersucht. Hierbei wurde die rechte Seite eines Photometers vollständig in Schirme eingehüllt, so daß eine Reflexwirkung der Wände auf dieser Seite völlig ausgeschlossen war. Die Fenster des Photometerraumes wurden durch dunkle Gardinen verschlossen; außerhalb des Photometers wurden zur Beleuchtung der W ä n d e 16- bzw. 32 kerzige Lampen angebracht. Bei dieser Anordnung war die rechte Seite des Photometers absolut dunkel, während auf die linke Seite des Photometerschirmes nur jenes L i c h t gelangen konnte, welches von den beiden Glühlampen ausgehend die Wände erreichte und von diesen auch auf die im linken Teile des Photometers aufgestellte Prüfglühlampe reflektiert wurde. Das Gesichtsfeld des Photometers erschien daher von der rechten Seite her vollständig dunkel und links ganz schwach erhellt. Diese Helligkeit wurde nun in der Weise bestimmt, daß auf der rechten, verfinsterten Seite der P h o t o m e t e r b a n k eine Glühlampe von 1 H K aufgestellt wurde; in den Strahlengang wurden alsdann Rauchgläser mit bekannten Absorptionskoeffizienten eingeschaltet, bis beide Photometerseiten gleich stark beleuchtet waren. E d w a r d P. I l y d e , Use of white walls in a Photometrie L a b o r a t o r y . Bulletin of the B u r e a u of S t a n d a r d s 1. S. 417. 1 9 0 5 . E . T. Z. 27. S. 16. 1906. - F . J . Hogers, Über die Reflexion von den Wänden eines R a u m e s für photometrischc Messungen. Physical R e v i e w 16. S. 166. 1 9 0 3 .

§ 99. Photometerraum.

229

Nach der B e o b a c h t u n g w u r d e n u n m e h r berechnet, welche L i c h t s t ä r k e an der Stelle der nicht l e u c h t e n d e n P r ü f g l ü h l a n i p e a n g e b r a c h t werden m ü ß t e u m den gleichen B e l e u c h t u n g s e f f e k t im P h o t o m e t e r zu erzielen. Der B e t r a g dieser L i c h t s t ä r k e ist d a n n der beim P h o t o m e t r i e r e n u n t e r diesen U m s t ä n d e n g e m a c h t e Fehler. Dieser Fehler e r g a b sich bei A n w e n d u n g von 32 H K - L a m p e n zu 0,003 H K u n d bei 16 kerzigen L a m p e n zu 0,001 bis 0,002 H K . .Man e r k e n n t , d a ß der Fehler außerordentlich gering ist. In Wirklichkeit wenn m a n nämlich auch auf der rechten Seite lediglich die rechtwinkelig auf der P h o t o m e t e r a c h s e s t e h e n d e n Schirme zuläßt, wird der Felder noch kleiner sein, d a er auf der rechten Seite n a h e z u k o m p e n s i e r t wird. W u r d e n die G a r d i n e n geöffnet, so daß n u n m e h r das Tageslicht in den P h o t o m e t e r r a u m eindringen k o n n t e , so stieg der Fehler bei 32 kerzigen L a m p e n auf mehrere Zehntel H K . E r ü b e r s t i e g m i t h i n schon merklich den B e o b a c h t u n g s f e h l e r . Das Tageslicht m u ß also bei P h o t o m e t e r n , bei welchen nicht die ganze B a n k in ein dunkles Gehäuse eingeschlossen ist, völlig ausgeschlossen werden. Im vors t e h e n d e n ist n u r der direkte E i n f l u ß des hellen A n s t r i c h e s auf die p h o t o m e t r i s c h e n Einstellungen b e h a n d e l t worden. E s darf a b e r nicht überselien werden, d a ß das Auge durch alles Nebenlicht in seiner B e o b a c h t u n g s s c h ä r f e sehr b e e i n t r ä c h t i g t wird. E s d ü r f e n d a h e r a u c h völlig eingeschlossene P h o t o m e t e r b ä n k e nicht in einem hellen R ä u m e aufgestellt werden. W e n n es sich ferner u m Präzisionsmessungen v o n kleinen L i c h t s t ä r k e n h a n d e l t , wie z. B. bei der .Messung von Hefnerl a m p e n , so muß alles f r e m d e Licht von dem Auge des B e o b a c h t e r s a b g e h a l t e n werden, wenn man die erreichbare .Meßgenauigkeit wirklich erzielen will. In solchen Fällen ist also ein schwarz gestrichener R a u m vorzuziehen. Uber den N o r m a l p h o t o n i e t e r r a u m , der v o m Deutschen Verein von Gasfachleuten e m p f o h l e n ist, s. S. 333.

I X . Kapitel.

230

Transportable Photometer,

IX. Kapitel.

Transportable Photometer. § 100.

Allgemeines.

D i e im V I I I . K a p i t e l b e s c h r i e b e n e n P h o t o m e t e r k o n s t r u k t i o n e n

er-

f o r d e r n eine P h o t o n i e t e r b a n k und d e m g e m ä ß e i n e o r t s f e s t e A u f s t e l l u n g . S i e sind zur .Messung d e r L i c h t s t ä r k e n v o n L a m p e n g e e i g n e t u n d gestatten

eine

sehr

der B e l e u c h t u n g s t e c h n i k zielung

einer

darauf,

an

sehr

Genauigkeit

große

beliebigen

erzielen.

Nun

gibt

es in

v i e l e F ä l l e , in d e n e n es w e n i g e r a u f die

großen

n e h m e n zu k ö n n e n .

zu

.Meßgenauigkeit

Orten,

z. B .

auf

der

ankommt, Straße

als

Er-

vielmehr

Messungen

F ü r solche Zwecke werden kleine, leicht

vortrans-

portable und leicht aufzustellende P h o t o n i e t e r k o n s t r u k t i o n e n

verlangt.

Diese beweglichen

um

Instrumente

können

verwendet

werden,

1. wie die f e s t s t e h e n d e n P h o t o m e t e r die L i c h t s t ä r k e v o n zu

Lampen

messen,

2. die B e l e u c h t u n g e i n e r E b e n e zu 3 . die

Flächenhelle

einer

messen,

selbstleuchtenden

oder

beleuchteten

F l ä c h e zu b e s t i m m e n . .Manche d e r im f o l g e n d e n alle diese A u f g a b e n b e s t i m m t .

beschriebenen

K o n s t r u k t i o n e n sind für

.Man n e n n t sie d e s h a l b a u c h » U n i v e r s a l « -

P h o t o n i e t e r : a n d e r e s i n d n u r zur .Messung d e r B e l e u c h t u n g

bestimmt,

m a n n e n n t sie B e 1 e u c h t u n g s m e s s e r.

§ 101. Das älteste ist

das

Ebene

und wohl auch

W ü b e r s e h e

und Fig. 151).

Das Webersche Photometer. am

meisten

verbreitete

Photonieter

.M i 1 c h g 1 a s p h o t o in e t e r 1 )

(Fig.

150

E s b e s t e h t a u s e i n e m a n e i n e m S t a t i v 5 in h o r i z o n t a l e r

drehbar

befestigtem,

ca. 3 0 c m

langen,

innen

geschwärzten

T u b u s A, an d e m r e c h t s e i n e L a t e r n e m i t t e l s e i n e s B a j o n e t t v e r s c h l u s s e s befestigt ist.

In der L a t e r n e b e f i n d e t sich eine N o r m a l l a m p e und zwar

e n t w e d e r eine kleine B e n z i n k e r z e oder eine kleine

Wolfrainglühlampe.

Leonharrt Weber, Wiedemanns Annalen der Physik 20. S. 326. 1883. Journal für Gasbeleuchtung 28. S. 267. 1885.

§ 101. Das Webersehe Photometer.

231

Die Benzinkerze t r ä g t ein Gewinde u n d k a n n in einer M u t t e r g e d r e h t w e r d e n ; d a d u r c h l ä ß t sich die F l a i n i n e n h ö h e regulieren. Die F l a m m e n höhe k a n n auf einer mit Spiegel versehenen Skala oder an einer mit Skala versehenen Mattglasseheibe, auf welche das Bild der F l a m m e mit Hilfe von Linsen geworfen wird, abgelesen werden. V o r t e i l h a f t e r besonders beim B e o b a c h t e n im Freier, ist es, an Stelle der Benzinkerze eine G l ü h l a m p e zu setzen, die d u r c h eine kleine A k k u m u l a t o r e n b a t t e r i e gespeist wird. Die L a m p e n s p a n n u n g wird durch ein Präzisionsinstrument gemessen u n d durch einen Gleitwiderstand k o n s t a n t gehalten.

19

Fig. I V'.

Die L i c h t s t ä r k e der Benzinkerze bei verschiedenen F l a m n i e n h ö h e n ist aus einer dein I n s t r u m e n t e beigegebenen Tabelle zu ersehen. Die L a t e r n e ist gegen den T u b u s A durch eine G l a s p l a t t e abgeschlossen. In dem T u b u s k a n n d u r c h einen Trieb eine kreisrunde Milchglasplatte / (Fig. 150) bewegt w e r d e n ; ihre E n t f e r n u n g r von der >iormallampe b wird auf einer auf dem T u b u s A befindlichen Teilung abgelesen. R e c h t w i n k l i g zu A ist ein in einer vertikalen E b e n e d r e h b a r e r T u b u s B a n g e b r a c h t . Die Stellung dieses T u b u s k a n n an einem G r a d b o g e n s abgelesen werden. In dem S c h n i t t p u n k t der beiden optischen Achsen der T u b e n A u n d B ist in B eine L u m m e r - B r o d h u n s c h e P r i s m e n k o m b i n a t i o n P a n g e b r a c h t , welche durch das O k u l a r 0 b e o b a c h t e t wird. Das Gesichtsfeld h a t das in Fig. 105 dargestellte Aussehen. Der nicht schraffierte ringförmige Teil des Feldes e m p f ä n g t sein Licht von der Milch-

232

IX.

Kapitel.

Transportable

Photomeler.

glasscheibe /, welche von der Normallampe beleuchtet wird. Der schraffierte Teil des Gesichtsfeldes wird direkt oder indirekt von der zu inessenden Lichtquelle beleuchtet. Sind beide Beleuchtungen im Prisma gleich und von gleicher F a r b e , so verschwindet der Ring, und das Gesichtsfeld erscheint als gleichmäßig erhellte Scheibe. Ist die bewegliche .Milchglasscheibe / noch nicht richtig eingestellt, so erscheint der Ring, falls r zu groß ist, dunkler, im andern Falle heller

Fis;. 151. als das übrige Gesichtsfeld. V o r dem Okular 0 ist ein totalreflektierendes Prisma r (Fig. 151) drehbar angebracht, damit das Auge auch wenn der T u b u s B geneigt wird, in bequemer Lage beobachten kann. Am andern Ende des T u b u s B setzt sich ein viereckiger Kasten g zur Aufnahme von diffundierenden Glasplatten und an diesen ein Blendrohr k an. .Mit dem Instrument lassen sich drei Aufgaben lösen: a) B e s t i m m u n g der L i c h t s t ä r k e einer Lichtquelle, b) Messung diffusen Lichtes mittels einer weißen R a r t o n t a f e l ,

§ 101. Das Webersche Photometer.

233

c) Messung diffusen Lichtes mittels einer auf den K a s t e n g aufgesetzten m a t t i e r t e n Milchglasplatte. a) M e s s u n g d e r L i c h t s t ä r k e e i n e r L i c h t q u e l l e von gleicher oder n a h e z u gleicher F a r b e wie die N o r m a l l a m p e . Der T u b u s B wird genau auf die Lichtquelle gerichtet u n d die Normallainpe genau j u s t i e r t (d. h. die Benzinlampe auf n o r m a l e F l a m m e n höhe, die G l ü h l a m p e auf n o r m a l e S p a n n u n g gebracht). N u n schiebt m a n eine der dem A p p a r a t e beigegebenen Milchglasplatten M, z. B. Nr. 3 in den K a s t e n g, schließt dessen seitliche K l a p p e u n d mißt die E n t f e r n u n g R dieser P l a t t e v o m M i t t e l p u n k t der Lichtquelle, welche möglichst zu 100 oder 200 cm gewählt wird. Mit Hilfe des Triebes r wird n u n die bewegliche Milchglasplatte / im T u b u s A so eingestellt, daß das durch 0 b e t r a c h t e t e Gesichtsfeld gleichmäßig b e l e u c h t e t erscheint. Die E i n s t e l l u n g sollte im Interesse der Meßgenauigkeit nicht kleiner sein als 100 m m . W ä r e dies der Fall, so vergrößere man R auf 200 oder 300 cm oder man schiebe zu der P l a t t e noch eine zweite, allenfalls noch eine d r i t t e P l a t t e in den K a s t e n g ein. Fällt umg e k e h r t die Einstellung der P l a t t e / ü b e r 300 m m hinaus, so reduziert man den A b s t a n d R auf z. B. 50 oder 30 cm. Ist n u n m e h r auf Verschwinden des Ringes (Fig. 105) eingestellt, was ganz scharf n u r bei Lichtquellen von genau gleicher F a r b e möglich ist, so ist die L i c h t s t ä r k e ./ der zu u n t e r s u c h e n d e n Lichtquelle

Hierin bedeuten R u n d r die beiden in gleichem Maß (z. B. cm) gemessenen E n t f e r n u n g e n und C eine K o n s t a n t e f ü r die in den K a s t e n g eingeschobene P l a t t e . Beispiel: Es sei R = 100 cm, >• = 25,5 cm, C = 0,33; d a n n ist 100 2 25,5 Z B e s t i m m u n g d e r K o n s t a n t e n C f ü r eine b e s t i m m t e Milchglasplatte. Man stelle eine H e f n e r l a m p e in 30 bis 50 cm E n t f e r n u n g von der in das P h o t o m e t e r eingesetzten P l a t t e auf, n a c h d e m der T u b u s B so gedreht ist, d a ß die H e f n e r l a m p e in seiner Achse liegt. E s geschieht dies sehr einfach durch B e o b a c h t e n des S c h a t t e n s , welchen das A b b l e n d r o h r auf g w i r f t . Der S c h a t t e n des vorderen E n d e s m u ß

234

IX.

Kapitel.

Transportabio

Photometer.

konzentrisch um den F u ß des R o h r e s liegen. (r).

Alsdann wird eingestellt

E s folgt dann aus Gleichung 1)

Zur Erzielung möglichster

Genauigkeit

mache

man n

Einstellungen

r1 . . . r„, dann ist

C = ntfW b) M e s s u n g d e r Auch

diese .Messung

setzung.

hat

+ r?- • • '

B e l e u c h t u n g annähernde

2)

mittels

S c h i r in s.

Farbengleichheit

Durch den zu untersuchenden R a u m

zur

Voraus-

lege man eine E b e n e ,

z. B . die T i s c h e b e n e ; dann b e s t e h t die .Messung der B e l e u c h t u n g der einzelnen

Punkte

s t ä r k e in

1 in

der T i s c h e b e n e darin

Entfernung

senkrecht

festzustellen,

welche

gleiche B e l e u c h t u n g h e r v o r b r i n g t wie diejenige, welche die im angeordneten L i c h t q u e l l e n

Licht-

auf die F l ä c h e wirkend,

die

Räume

hervorbringen.

.Man bringe die dem A p p a r a t beigegebene weiße T a f e l P in F i g . 151 an jene Stelle der T i s c h e b e n e , soll.

deren B e l e u c h t u n g gemessen

werden

W i l l man die B e l e u c h t u n g in der T i s c h e b e n e selbst messen, so

muß man die T a f e l horizontal auf die zu messende Stelle legen.

Nun-

mehr stelle man das P h o t o m e t e r so auf. daß der drehbare T u b u s B auf die durch ein s c h w a c h e s Kreuz bezeichnete .Mitte der T a f e l g e r i c h t e t ist.

Nach E n t f e r n u n g aller Gläser aus dem K a s t e n g muß dann das

K r e u z in der .Mitte des hindurchblickt.

Gesichtsfeldes stehen,

wenn

man

durch

0

Iis muß dabei der Okularauszug herausgezogen werden,

weil 0 auf P eingestellt ist, d. h. n i c h t so weit eingeschoben k a n n , daß der S c h i r m

werden

bzw. das K r e u z darauf in die deutliche

weite g e b r a c h t werden k a n n .

Seh-

Die E n t f e r n u n g des P h o t o m e t e r s von der

T a f e l ist angeblich gleichgültig; keinesfalls a b e r darf sie, falls P l a t t e n eingeschaltet werden, größer sein als daß alle P u n k t e der P l a t t e L i c h t ausschließlich von der T a f e l e r h a l t e n .

E i n von den K a n t e n der P l a t t e

ausgehender und den R a n d des A b b l e n d u n g s r o h r s b e r ü h r e n d e r S t r a h l darf also keinesfalls über die T a f e l P hinausfallen k ö n n e n . A u c h auf die Neigung des T u b u s

B

gegen die P l a t t e k o m m t

da die P l a t t e a n n ä h e r n d diffuses L i c h t gibt. 3 0 ° treten

störende

Abweichungen

Immerhin

empfiehlt

es sich,

möglichst

klein

zu m a c h e n .

von

es n i c h t genau

an,

Nur bei Neigungen von

der diffusen

die A b w e i c h u n g

von

Reflexion

der

F e r n e r dürfen weder das

auf.

Senkrechten Photometer

§ 101. Das Webersche Photorneter.

235

noch der B e o b a c h t e r S c h a t t e n auf die weiße Tafel werfen. Ist dies jedoch nicht zu vermeiden, so ist die u n t e r c) beschriebene Methode anzuwenden. Ist das P h o t o m e t e r e n t s p r e c h e n d aufgestellt, so m a c h t m a n n a c h richtiger Einregulierung der N o r m a l l a m p e (auf F l a m m e n h ö h e oder S p a n n u n g ) die E i n s t e l l u n g r in cm. A l s d a n n ist die B e l e u c h t u n g u ,

/: wenn r in cm gemessen wird. = 100 cm.

;

, 0

. r

3)

.Nach der Definition war R — 1 m

Beispiel: E s sei b e o b a c h t e t ohne P l a t t e r = 18,5 c m : ferner sei ( " = 0.0757: d a n n ist h

10 000

0 , 0 / o / - - 2,21 Lux.

B e s t i in m u n g d e r K o n s t a n t e n ( " . Zur B e s t i m m u n g der K o n s t a n t e n ( " stellt m a n eine genau b e k a n n t e B e l e u c h t u n g her, z. B. i n d e m m a n im D u n k e l r a u n i eine H e f n e r l a m p e in 1 m s e n k r e c h t e r E n t f e r n u n g von der T a f e l m i t t e aufstellt. D a n n k a n n m a u das P h o t o nieter nicht ebenfalls senkrecht einstellen sondern u n t e r einem Winkel a gegen das Lot auf die Tafel. H a t man das P h o t o m e t e r d a n n j u s t i e r t u n d auf r eingestellt, so ist r

_

~

fl

,,

R2

"

oder, wenn R = 1 m, C'

10 000 '

Bei einem I n s t r u m e n t e ergab sich ( " in Abhängigkeit von a folgendermaßen: « = (" =

5° 0,13

10° 0,14

20° 0,15

30° 0,16.

B e h u f s genauer Feststellung von C v e r f a h r e m a n wie unter a). Schiebt m a n bei den v o r s t e h e n d e n Messungen u n t e r b) in den K a s t e n g die P l a t t e n 1 oder 2, so ist in der nämlichen Weise die Messung u n d die B e s t i m m u n g der K o n s t a n t e n C\' u n d C2' d u r c h z u f ü h r e n . c) M e s s u n g d e r B e 1 e u c h t u n g ni i 1 1 e 1 s d e r M i 1 c hDem I n s t r u m e n t e ist eine Milchglasplatte in Fasg 1 a s p 1 a 11 e

236

IX. Kapitel.

Transportable

Photometer.

sung beigegeben, welche allgemein als Milchglasplatte it bezeichnet wird. Diese P l a t t e /i liegt auf dem Kastendeckel in Fig. 151 am weitesten links. Bei dieser Messung wird das Abblendrohr e n t f e r n t u n d durch die P l a t t e /LI aus m a t t i e r t e m Milchglase ersetzt. Die Aufstellung des Photorneters muß n u n so erfolgen, daß die P l a t t e /« sieh genau an derselben Stelle befindet wie die weiße Tafel P unter b). Der T u b u s Ii würde also bei der Messung der Beleuchtung in einer Tischebene vertikal und nach E n t f e r n u n g der Tischebene so aufgestellt werden müssen, daß sich die P l a t t e /¿in der Höhe der Tischebene befindet. "Will man die vertikale Aufstellung des T u b u s B wegen der dadurch bedingten Unbequemlichkeit beim Beobachten vermeiden, so k a n n man die in Fig. 152 dargestellte Spiegelanordnung benutzen. Sie h a t die Form eines Prismas über einem rechtwinkligen Dreieck als Grundfläche. Die eine K a t h e t e n i'läehe 11" besitzt eine Ö f f n u n g gleich der des Kastens g und wird auf diesem befestigt; die > andere Katlietenfläche besitzt ebenfalls eine Öffnung, in welche die Milchglasplatte u eingesetzt wird. Die Ilypotenusenfläche ist durch den Spiegel S gebildet. Im übrigen ist das Verfahren das gleiche wie oben. Es findet also wieder Gleichung 3 A n w e n d u n g ; nur t r i t t an Stelle der K o n s t a n t e n C' die K o n s t a n t e ( ' " , die in der gleichen Weise nach Gleichung 4 wie oben angegeben zu bestimmen ist. d) B e s t i m m u n g a b g e l e i t e t e r K o n s t a n t e n. H a t man zu irgendeiner Messung mehr als eine P l a t t e in den Kasten g eingeschoben und kann man die K o n s t a n t e C\ der betreffenden P l a t t e n kornbination durch ein unmittelbares Verfahren nach Gleichung 4) nicht bestimmen, etwa deshalb weil keine genügend starke ihrer Lichtstärke nach bekannte Vergleichslichtquelle v o r h a n d e n ist, so wendet man folgendes Verfahren an. Man stelle das P h o t o m e t e r auf eine k o n s t a n t e stärkere Lichtquelle ein, deren E n t f e r n u n g so gewählt wird, daß die beiden folgenden Messungen sich a u s f ü h r e n lassen. Handelt es sich beispielsweise um die Kombination aus P l a t t e 3 und 4, so setze m a n zunächst die P l a t t e Nr. 3 in den Kasten g ein, welcher die K o n s t a n t e C entspricht, alsdann stelle man ein und lese r t ab. Hierauf fügt m a n die P l a t t e 4 hinzu, stellt ein und liest r2 ab. Dies wiederholt man so oft, bis man von r t und r 2 eine genügende Anzahl von W e r t e n hat. Die Ablesungen werden d a n n verarbeitet, wie aus der folgenden Rechnung zu ersehen ist.

§ 102.

Der B e l e u e h t u n g s m e s s e r von

Ablesungen P13

i

r,

Interpolierte

1

PI 3

j

)',

21.5

21,45 21.4 21.5 21.6

12,6

21.6

12.8

21,6

log

12,7 12,65 12.6 12.7 12.8

21,6

IV

0,4552 0,4566 0,4620 9,4614 0,4548

12,70

Mittel 21,52

237

Mittelwerte

r,

12.7

21,4

Martens.

0,4580

= 2,871 oder C 1 =

2,871 C. C„

In der gleichen W e i s e k a n n m a n n u n das V e r h ä l t n i s ^ für die P l a t t e n 3 - j - 4 abgeleiteten

5 usw.

Konstanten

bestimmen

In a n a l o g e r W e i s e b e s t i m m t man die

C2'

f 3 ' . . . und

(\"

C2"

C3" . . .,

nur

t r e t e n für die K o n s t a n t e n f / und ( \ die G l ä s e r 1 und 2 an die Stelle, d a 3 und 4 zu viel L i e h t a b s o r b i e r e n

würden

und der S p r u n g

von

d e r L i n s t e l l u n g ohne Platt« 1 und der mit P l a t t e 3 zu groß sein würde, denn das g r ö ß t e r, welches gemessen werden k a n n , b e t r ä g t 31 c m und das kleinste soll n i c h t u n t e r 10 cm b e t r a g e n ; s o m i t k ö n n e n ohne weiteres nur Lichtstärken

verglichen

werden, welche sich e t w a wie 0 . 6 zu 1

verhalten. Der B e l e u e h t u n g s m e s s e r

von

Sharp

und .Miliar 1 ) ist im

Prinzip

dem W'eberschen P h o t o m e t e r gleich, nur daß bei dem I n s t r u m e n t von S h a r p und Miliar der innere O p a l s c h i r m fest a n g e o r d n e t ist. w ä h r e n d die V e r g l e i c h s l a m p e

§ 102. Handlicher .Messungen

beweglich

ist.

Der Beleuehtungsmesser von Martens. als das

ausreichend

W'ebersche

Photometer

t e n s 2 ) , m i t dem sich B o d e n b e l e u c h t u n g e n und messen lassen.

und

für

g e n a u ist der B e l e u e h t u n g s m e s s e r

technische von

.Mar-

Horizontallichtstärkcu

Der A p p a r a t b e s t e h t aus einein H o l z k a s t e n v o n 2 8 c m

') Electrica! World 25. Jan. 1908.

The Illuininating Engineer (New York)

2 . S. 475. 1907 0 8 . 2)

F . F . Martens, V e r h a n d l u n g e n der D e u t s c h e n Physikalischen

Gesellschaft

5 . S . 149. 1 9 0 3 . — Das I n s t r u m e n t wird von der F i n n a F r a n z S c h m i d t und I l a e n s c h . Berlin

gebaut.

238

IX. Kapitel. Transportable ['holumeter.

L ä n g e , 1U ein B r e i t e u n d 17 cm H ö h e , auf d e s s e n O b e r s e i t e sieh in clor M i t t e ein z u m T r a n s p o r t e d i e n e n d e r H a n d g r i f f u n d an e i n e m E n d e d a s s c h r ä g g e s t e l l t e B e o b a c h t u n g s r o h r 1" b e f i n d e n . In e i n e r d e r L ä n g s s e i t e n ist u n t e r d e i n B e o b a c h t u n g s r o h r e eine Ö f f n u n g a n g e b r a c h t , welche, w e n n d a s P h o t o n i e t e r nicht g e b r a u c h t w i r d , d u r c h eine K l a p p e v e r s c h l o s s e n ist. Im G e b r a u e h s z u s t a n d e liegt die k l a p p e h o r i z o n t a l u n t e r d e r Ö f f n u n g ; in die O b e r s e i t e d e r K l a p p e ist eine G i p s p l a t t e F

s p r i c h t u n d bei B e l e u e l i t u n g s m e s s u n g e n die zu b e s t i m m e n d e B e l e u c h t u n g e m p f ä n g t . Die v o n i h r a u s g e s t r a h l t e L i c h t s t ä r k e g e l a n g t in s c h r ä g e r R i c h t u n g d u r c h die Ö f f n u n g des K a s t e n s h i n d u r c h z u m O k u l a r des B e o b a c h t u n g s r o h r e s I'. Die G r u n d r i ß a n o r d n u n g des M a r t e n s c h e n B e l e u c h t u n g s m e s s e r s ist in Fig. 154, die A u f r i ß a n o r d n u u g in F i g . 153 d a r g e s t e l l t . Als Y e r g l e i c h s l i e h t q u e l l e d i e n t eine k l e i n e im K a s t e n unter dem Beobachtungsrohre befindliche Benzinlampe ß , deren F l a m m e n h ö h e d u r c h ein S c h a u g l a s I) h i n d u r c h ü b e r ein Visier h i n w e g b e o b a c h t e t u n d in e i n f a c h s t e r W e i s e d a d u r c h r e g u l i e r t w e r d e n

§ 102. Der Beleuchtungsmesser von Martens.

239

kann, daß die Dochtröhre ein Schraubengewinde tragt und sich, wenn man die Lampe dreht, in ihrer Mutter hebt oder senkt. Das Lieht der Lampe wird in der Richtung der Längsachse des Kastens auf ein in der gleichen Richtung bewegliches Spiegelsvstem S1 S2 ausgestrahlt, auf eine unter dem Beobaehtungsrohr fest angebrachte Milchglasplatte zur.ückreflektiert und gelangt durch diese und ein Ablenkungsprisnia p hindurch zugleich mit den von der Gipsplatte kommenden Lichtstrahlen in das Beobachtungsrohr V. In diesem befindet sich eine Prismenkombination Z, deren eine Hälfte von der Gipsplatte her Licht empfängt, während die andere Hälfte nur von dem durch das bewegliehe Spiegelsystem reflektierten Licht der Normallampe beleuchtet wird. Dadurch

B

V ' i j ]W

j f e

^

I

1

rn

ciSiiza

TD

V I

F i g . 15

entsteht, ein kreisförmiges in zwei Hälften geteiltes Gesichtsfeld, dessen Trennungslinie durch Verschieben des Spiegelsystems zum Verschwinden gebracht werden kann. Zu diesem Zwecke ist das Spiegelsystem mit einem außerhalb des Kastens auf seiner Oberseite liegenden Zahntriebe T versehen, der sich längs einer nach Millimetern geteilten Skala bewegen läßt, an welcher man die Länge des Strahlungsweges von der Norrnallampe bis zur .Milchglasplatte ablesen kann. In das von der Gipsplatte herkommende Strahlenbündel können mittels einer zwischen der Milchglasplatte und dem Beobachtungsrohre liegenden Rcvolverscheibe R Rauchgläser eingeschaltet werden, deren Dichte so gewählt ist, daß jedes folgende zehnmal weniger Licht durchläßt

240

IX. Kapitel. Transportable Photometer.

als das vorhergehende. Für das Rauchglas Nr. 3, das bei den in geschlossenen Räumen gewöhnlich vorkommenden Beleuchtungen benutzt wird, ist eine nach Lux geteilte Skala berechnet, die über der Millimeterskala angebracht ist, so daß man bei Benutzung dieses Rauchglases die gesuchte Beleuchtung unmittelbar ablesen kann. Ist dagegen ein anderes Rauchglas eingeschaltet, so braucht man den an der Luxskala abgelesenen Wert nur mit 10 oder 100 zu multiplizieren bzw. zu dividieren. Unter allen Umständen ist es wegen der Abhängigkeit der Lichtstärke der Benzinlampe von der Beschaffenheit des Benzins empfehlenswert die Richtigkeit der Luxskala von Zeit zu Zeit durch eine Nacheichung nachzuprüfen. Die Konstantenbestimmungen werden in gleicher Weise wie beim Weberschen Photometer vorgenommen (S. 235). Zur Bestimmung von Horizontallichtstärken wird auf die Öffnung in der einen Längsseite ein an seinem inneren Ende durch eine Milchglasplatte H verschlossener Tubus (links oben in Fig. 153) aufgesetzt, der auf die zu untersuchende Lichtquelle gerichtet wird. Messung und KonFlg 155 " ' stantenbestimmung erfolgen genau so wie beim Weberschen Photometer (S. 234). Das Gesichtsfeld kann mittels einer im Okular des Beobachtungsrohres sitzenden Revolverscheibe zum Vergleich verschieden gefärbten Lichtes rot oder grün gefärbt werden. Auf Wunsch wird der Beleuchtungsmesser statt mit einer Benzinlampe auch mit einer kleinen elektrischen Glühlampe geliefert. Eine für den Gebrauch im Freien sehr zweckmäßige Anordnung zeigt Fig. 155. Der Beleuchtungsmesser ist auf einen flachen Kasten aufgesetzt, der auf ein kräftiges Stativ aufgeschraubt ist. Der Kasten enthält außer dem Beleuchtungsmesser ein kleines Präzisions-

§ 103.

D a s U n i v e r s a l p h o t o m e t e r v o n Blondel u n d B r o c a .

241

amperemeter, mit dem die Stromstärke der elektrischen Glühlampe (Wolframlampe, zweckmäßig für 3 Volt), eingestellt wird und den hierzu erforderlichen Regulierwiderstand. Ferner können in dem Kasten Meßprotokolle, Leitungsschnüre usw. aufbewahrt werden. Die kleine (zweizeilige) Akkumulatorenbatterie zur Speisung der elektrischen Glühlampe befindet sich außerhalb des Kastens. Für Beleuchtungsmessungen im Freien ist stets die Ausrüstung des Photometers mit elektrischer Glühlampe zu wählen, da die Benzinlampe bei dem leisesten Windhauch unruhig wird.

§ 103. Das Universalphotometer von Blondel und Broca. D a s U n i v e r s a l p h o t o in e t e r v o n B l o n d e l und B r o c a 1 ) ist in den Fig. 156 bis 159 dargestellt. Der mittlere Teil F in Fig. 156 enthält zwei übereinanderliegende totalreflektierende Prismen A, welche in Verbindung mit der Linse p und den Prismen m, m

:sö

E

F i g . 156.

die gleichzeitige Betrachtung der beiden mattierten Glasscheiben E und E' gestatten. Das kreisförmige Gesichtsfeld erscheint bei der in Fig. 156 dargestellten Prismenkombination durch eine horizontale Gerade in zwei Hälften zerlegt. Durch vier ühereinandergelegte Prismen gleicher Anordnung läßt sich das Gesichtsfeld in vier überflMk einanderliegende Streifen zerI legen. Man kann auch zwei Pris- ^mm men derart anordnen, daß die F i g . 157. Trennlinie vertikal steht (Fig. 157 rechts). Die Linse p ist eingeschaltet um die zum deutlichen Sehen erforderliche Länge der ausziehbaren Röhre D zu ergeben. Die kleinen Prismen zum binokularen Sehen sind mit' dreifacher Regulierung versehen, damit die beiden Bilder vollständig zur Deckung gebracht werden. An den mittleren Teil sind beiderseits Röhren B und B' mittels !) Blondol u n d Broca, L ' E c l a i r a g e E l e c t r i q u e 8. S. 52. 1895. 10. S. 145. 1897. U p p e n b o r n - J I on a s c h , Lehrbuch der Photometrie.

Iß

242

I X . Kapitel.

Transportable

Photometer.

B a j o n e t t v e r s c h l u s s e s befestigt, von denen B' durch Z a h n u n d T r i e b ausgezogen u n d auf e n t f e r n t e r e O b j e k t e eingestellt w e r d e n k a n n . Beide Röhren sind an ihren E n d e n mit gleichen Linsen versehen, welche h i n t e r den D i a p h r a g m e n b e h ä l t e r n E liegen. Jeder dieser Beh ä l t e r k a n n r u n d e D i a p h r a g m e n von verschiedenen Ö f f n u n g e n auln e h m e n u n d ist mit einem K a t z e n a u g e versehen, dessen K o n s t r u k t i o n in Fig. 158 dargestellt ist. Das K a t z e n a u g e b e s t e h t aus einem D i a p h r a g m a Q mit rechteckigem F e n s t e r u n d zwei Blenden I", welche d u r c h ein .Mikrometer, das 0,01 nun abzulesen ges t a t t e t , bewegt werden. Die Blenden sind in verschiedenen Schlitzbreiten beigegeben. Gewöhnlich befestigt m a n vor den Linsen E u n d E' zwei P l ä t t c h e n mit den Albatrinschirnien a u n d a'. Das eine wird von der Normallampe, das andere von der zu messenden Lichtquelle beleuchtet. .Man k a n n auch n a c h Bedarf vor der Linse einen Kopf mit dem Spiegel M und der A l b a t r i n p l a t t e a a' anbringen (Fig. 156 rechts). Mit diesem I n s t r u m e n t lassen sich alle v o r k o m m e n d e n metrischen Messungen a u s f ü h r e n :

photo-

a) M e s s u n g d e r L i c h t s t ä r k e e i n e r L i c h t q u e 1 1 e. Man stelle eine Vergleichslampe in einer k o n s t a n t e n E n t f e r n u n g von der P l a t t e a auf, ferner die zu messende L a m p e von der g e s u c h t e n L i c h t s t ä r k e Jx in einer E n t f e r n u n g l von der P l a t t e a und reguliere das K a t z e n a u g e bei a', bis das Gesichtsfeld als gleichmäßig b e l e u c h t e t e Fläche erscheint. Hierauf wird die Messung mit der in gleicher E n t f e r n u n g l aufgestellten N o r m a l l a m p e von der L i c h t s t ä r k e J 2 wiederh o l t ; sind o 1 u n d a 2 die Ö f f n u n g e n des K a t z e n a u g e s , so ist •/.-''2 h

1)

Man k a n n aber auch ohne Vergleichslampe die Lichtquellen J j und / 2 direkt vergleichen und zwar entweder, i n d e m m a n die L a m p e n in gleicher E n t f e r n u n g von den P l a t t e n a und a aufstellt u n d das K a t z e n a u g e auf der Seite der s t ä r k e r e n a b b l e n d e t oder indem m a n bei gleichen D i a p h r a g m e n das I n s t r u m e n t auf eine P h o t o m e t e r b a n k setzt und nach Bunsenscher Methode p h o t o m e t r i e r t . Sehr schwache Lichtquellen k a n n m a n durch die gleiche Methode vergleichen, wenn m a n die R ö h r e n B u n d B' e n t f e r n t h a t .

§ 104. Das Straßenpholomptei' von Brodhun. b) M e s s u n g

der

243

13 e I e 11 e Ii t u n g e i n e r F 1 ä e Ii e.

.Man

setzt den W i n k e l k o p f / auf das a u s z i e h b a r e R o h r , n a c h d e m man den A l b a t r i n s c h r i m a des R o h r e s und den S c h i r m des W i n k e l k o p f e s e n t f e r n t hat.

D e r andere S c h i r m a' wird durch eine kloine t r a g b a r e Hilfslicht-

quelle b e l e u c h t e t .

.Man visiert m i t Hilfe

des

S p i e g e l s M durch die

Ö f f n u n g t die zu p h o t o i n e t r i e r e n d e F l ä c h e S in F i g . 1 5 9 ein u n d stellt E

E'

0: Imk. 159. durch V e r ä n d e r u n g des Auszuges die R ö h r e B so ein, dal.l das B i l d von .S' auf dem S c h i r m e e d e u t l i c h e r s c h e i n t .

Alsdann wird das K a t z e n a u g e

E' so reguliert, daß das G e s i c h t s f e l d g l e i c h m ä ß i g hell e r s c h e i n t .

Ks sei

dann o die Ö f f n u n g des K a t z e n a u g e s , p der A b s t a n d des S c h i r m e s e von d e m D i a p h r a g m a E.

D a n n wird die .Messung im

Laboratorium

w i e d e r h o l t , wobei der .Xormalsehirm S von 1 H K in 1 m K n t f e r n u n g b e l e u c h t e t wird.

Ks seien hierbei eine Ö f f n u n g

n u n g p2 a b g e l e s e n .

§ 104.

a 2 und eine

D a n n ist die g e s u c h t e B e l e u c h t u n g

Das Straßenphotometcr von Brodhun.

Die optische E i n r i c h t u n g des B r o d h u n s c h e n ist in F i g . 1 6 0 a b g e b i l d e t , Vergleiehslampe,

deren

wie

Rauch-

Straßenphotometers

i m G e h ä u s e g b e f i n d e t sich eine e l e k t r i s c h e

Stromstärke

gemessen und durch e i n g e s c h a l t e t e h a l t e n wird.

durch

ein

Präzisionsinstrument

Regulierwiderstände konstant

In den S t r a h l e n g a n g k ö n n e n bei d oder

Kntfer-

E

Milchgläser

eingeführt

werden.

ge-

Schwächungsmittel, Ein

Linsenpaar

e n t w i r f t von diesen P l a t t e n ein v e r g r ö ß e r t e s B i l d d u r c h die als A b sehwäehungsvorrichtung

dienende

Sektoreneinrichtung

die L u m m e r - B r o d h u n s c h e P r i s m e n k o m b i n a t i o n

W.

hindurch

auf

Diese b e s t e h t aus

zwei E i n z e l p r i s m e n , die in einer v o n r e c h t s o b e n n a c h links u n t e n gezeichneten Trennungsfläche aneinanderliegen.

Der B e o b a c h t e r

blickt

durch die L u p e l auf die T r e n n u n g s f l ä c h e und s i e h t die d u r c h l ä s s i g e n T e i l e v o n der V e r g l e i c h s l a m p e g e r l e u c h t e t .

Die v e r s i l b e r t e n und d a h e r

r e f l e k t i e r e n d e n T e i l e der T r e n n u n g s f l ä c h e e r h a l t e n dagegen ihr v o n l i n k s v o n der zu u n t e r s u c h e n d e n

Lichtquelle. 16*

Licht

244

IX.

Kapitel.

Transportable

Photometer.

Auf gleicht' Helligkeit der Yergleichsfeldcr wird dadurch eingestellt, daß das L i c h t der Yergleichslainpe meßbar geschwächt wird. Zu diesem Zwecke sind zwischen II" und d zwei Fresnelsche Prismen p ]> an einer Art Trommel angeordnet, welche durch den Elektromotor M

mittels der Schnurscheibe c um die Längsachse des ganzen Apparates in schnelle R o t a t i o n versetzt werden kann. Das zwischen den Buchstaben p p gezeichnete Lichtbündel rotiert also um die Längsachse des Apparates und wird auf einem größeren oder kleineren Teile seiner B a h n abgeblendet, bis gleiche Helligkeit der Yergleichsfelder erzielt

§ 104.

Das Straßenpholometer

von

Brodhun.

ist. Diese A b b l o n d u n g geschieht d u r c h einen Sektor, der in einer kleinen Skizze links in Fig. 160 dargestellt i s t : die L i c h t s t r a h l e n h a t m a n sieh hier s e n k r e c h t zur Ebene des P a p i e r s vorzustellen. Der S e k t o r b e s t e h t aus einer f e s t s t e h e n d e n Metallsolieibe m i t zwei sektorförmigen A u s s c h n i t t e n von 00° W i n k e l ö f f n u n g und einer d a r ü b e r befindlichen d r e h b a r e n Scheibe mit I n d e x . Dem abgelesenen Ö f f n u n g s winkel ist die L i c h t s t ä r k e , die von der Vergleichslanipe z u m Vergleichsfelde k o m m t , p r o p o r t i o n a l .

Fig. 161.

Fig. 161 zeigt den A p p a r a t in seiner äußeren K o n s t r u k t i o n . Das eigentliche P l i u t o m e t e r ist um eine v e r t i k a l e , in d e m schweren eisernen Dreifuß / liegende Achse d r e h b a r : das G l ü h l a n i p e n g e h ä u s e g ist m i t dem beweglichen T u b u s 7 a u s t a u s c h b a r , so d a ß entweder, wie es in Fig. 160 a n g e n o m m e n ist. das Licht der Vergleichslanipe oder das zu u n t e r s u c h e n d e Liehtbiindel d u r c h den S e k t o r m e ß b a r g e s c h w ä c h t werden k a n n .

246

IX. Kapitel.

Transportable

Photometer.

Das Licht der zu messenden Lichtquelle fällt durch den T u b u s T eine G i p s p l a t t e S u n d wird von dieser diffus reflektiert. Die auf Prisina k in Fig. 160 fallenden S t r a h l e n werden in die R i c h t u n g Achse des ganzen A p p a r a t e s reflektiert u n d durch ein L i n s e n p a a r den P r i s m e n k ö r p e r II' k o n z e n t r i e r t . Die E i n s t e l l u n g auf gleiche Helligkeit der Yergleichsfelder von W geschieht mit Hilfe der L u p e l: diese ist in Fig. 160 der Deutlichkeit halber s e n k r e c h t eingezeichnet, w ä h r e n d sie in "Wirklichkeit w a g e r e c h t liegt. Der T u b u s 7\ d u r c h den das Licht der zu messenden Lichtquelle einfällt, ist um die H a u p t a c h s e des P h o t o n i e t e r s d r e h b a r lind seine S t e l l u n g k a n n an dem Teilkreise h abgelesen werden. So k a n n die Messung von L i c h t s t ä r k e n in jeder beliebigen R i c h t u n g erfolgen, was zur A u f n a h m e von L i c h t v e r t e i l u n g s k u r v e n erforderlicli ist. Soll die K o n s t a n t e des P h o t o n i e t e r s b e s t i m m t werden, so wird eine Lichtquelle von b e k a n n t e r L i c h t s t ä r k e , also entweder eine Hefnerl a m p e oder eine geeichte N o r m a l g l ü h l a m p e von der L i c h t s t ä r k e J1 in einer E n t f e r n u n g in (wenn möglich wird t\ = 1 in gewählt) v o n der G i p s p l a t t e S aufgestellt, u n d die Stellung a t auf der Skala t f ü r gleiche Helligkeit der Yergleichsfelder von W ermittelt. D a n n ist die K o n s t a n t e des P h o t o n i e t e r s :

auf ein der auf

Die L i c h t s t ä r k e J einer beliebigen zu messenden L a m p e , die in der E n t f e r n u n g r von der G i p s p l a t t e A' aufgestellt wird u n d bei der Messung die E i n s t e l l u n g « ergibt, ist d a n n : J = c • a • r2

2)

In dieser Weise werden mit dem P h o t o m e t e r kleine u n d mittlere L i c h t s t ä r k e n bis zu e t w a 200 Kerzen gemessen. Sollen größere L i c h t s t ä r k e n oder B e l e u c h t u n g s s t ä r k e n a n bes t i m m t e n Stellen gemessen werden, so wird ein anderer T u b u s r l\. der in den T u b u s T eingesetzt werden k a n n , b e n u t z t . Dieser t r ä g t vorne eine Milchglasscheibe, h i n t e r welche noch weitere Milch- u n d R a u c h gläser gesetzt werden k ö n n e n . Diese Milchglasseheibe wird von der zu messenden Lichtquelle b e l e u c h t e t , so d a ß die Strahlen s e n k r e c h t auf die Scheibe a u f t r e f f e n oder die Milchglasscheibe wird in die E b e n e g e b r a c h t , deren B e l e u c h t u n g s s t ä r k e gemessen werden soll. Das Bild der b e l e u c h t e t e n Milchglasscheibe wird mittels einer L i n s e n k o m b i n a t i o n im T u b u s T1 auf einen kleinen Spiegel geworfen, der j e t z t mit Hilfe einer einfachen S c h i e b e r v o r r i c h t u n g an die Stelle der G i p s p l a t t e S

§ 105. B e l e u c h l u n g s m e s s e r von Preece u n d T r o t t e r .

247

g e b r a c h t worden k a n n u n d das Bild der b e l e u c h t e t e n Milchglasscheibe i'iber k nach U" reflektiert. Die E i c h u n g des P h o t o n i e t e r s u n d die Messung von L i c h t s t ä r k e n und B e l e u c h t u n g s s t ä r k e n erfolgt ebenso wie im oben beschriebenen Falle. N u r wird hier die E n t f e r n u n g von der Lichtquelle bis zur vorderen Milchglasscheibe in die F o r m e l n zur B e r e c h n u n g v o n c u n d J eingesetzt. Durch A n w e n d u n g des T u b u s T1 mit n u r einer Milchglasscheibe steigt der Meßbereich des P h o t o m e t e r s auf e t w a das F ü n f f a c h e , d a bei gleicher L i c h t s t ä r k e n u r e t w a der f ü n f t e Teil der S k a l e n a b l e s u n g e r h a l t e n wird wie bei A n w e n d u n g von T u b u s T. W i r d noch eine zweite Milchglas- u n d eine R a u c h g l a s p l a t t e a n g e w a n d t , so wird d a d u r c h der Meßbereich nochmals auf e t w a das Siebenfache e r h ö h t . F ü r die höchsten v o r k o m m e n d e n B e l e u c h t u n g s s t ä r k e n k a n n wieder — auch bei A n w e n d u n g des T u b u s rJ\ — die G i p s p l a t t e S a n Stelle des Spiegels S\ t r e t e n , so d a ß die direkte Reflexion des Bildes der Milchglasscheibe d u r c h diffuse Reflexion ersetzt wird. Man erhält d a n n n u r e t w a den a c h t z e h n t e n Teil des Skalenausschlages wie mit d e m Spiegel S u n d k a n n so die g r ö ß t e n ü b e r h a u p t p r a k t i s c h v o r k o m m e n d e n L i c h t s t ä r k e n auch in einem kleinen P h o t o m e t e r r a u m e , wo n u r geringe E n t f e r n u n g e n möglich sind, b e q u e m u n d genau messen.

§ 105.

Beleuchtungsmesser von Preece und Trotter.

Preece und T r o t t e r 1 ) h a b e n einen Beleuchtungsmesser k o n s t r u i e r t , bei welchem ein Schirm v o n einer Vergleichslichtquelle b e l e u c h t e t wird, wobei die B e l e u c h t u n g des Schirmes d u r c h seine verschiedene N e i g u n g zur Vergleichslichtquelle g e ä n d e r t wird. Die verschiedene Neiguiig des Schirmes w u r d e in den älteren A u s f ü h r u n g s f o r m e n d u r c h eine D a u m e n s c h e i b e bewirkt. In Fig. 162 ist eine neue A u s f ü h r u n g s form e r l ä u t e r t , in welcher der Schirm durch ein Hebelsystem bewegt wird. Fig. 162 stellt einen V e r t i k a l s c h n i t t d u r c h den Beleuchtungsmesser d a r . In dem innen g e s c h w ä r z t e n P h o t o m e t e r k a s t e n b e f i n d e t sich die G l ü h l a m p e G, deren Licht auf den um den D r e h p u n k t d drehb a r e n weißen K a r t o n s c h i r m A lallt. A u ß e n auf d e m Deckel des K a s t e n s befindet sich ein weißer Schirm CD mit drei s t e r n f ö r m i g e n O f f n u n g e n . C D wird an die Stelle g e b r a c h t , deren B e l e u c h t u n g b e s t i m m t werden soll. Das Auge in P sieht sowohl den Schirm C D als a u c h d u r c h die Ö f f n u n g e n den Schirm A. N u n wird A so lange verstellt, bis das Auge T h e E l e c l r i c i a n ( L o n d o n ) 35. S. 671. 1895.

248

IX. Kapitel.

Transportable Photometer.

sowohl die Fläche C D als auch den Schirm A gleichmäßig beleuchtet erblickt. Die Beleuchtung des Schirmes A ist nahezu proportional dem Kosinus des Einfallswinkels a, welchen der von der Glühlampe G kommende Lichtstrahl mit dem Schirm bildet. Der Schirm A wird

Fig. 162.

in folgender Weise verstellt. Der Handgriff H kann längs der Geraden EF entlanggleiten. Bei dieser Gleitbewegung bewegt er durch die Hebel K und L den Schirm A längs des Kreisbogens a b. Die gestrichelt gezeichnete Stellung A' zeigt Schirm, Hebel und Handgriff in der einen äußersten Meßstellung.

§ 106. Beleuchtungsmesser von Wingen und Krüß. Bei dem von Krüß 1 ) konstruierten Beleuchtungsmesser von Wingen wird ein weißer Schirm c1 durch eine Benzinlampe B (Fig. 163) beleuchtet. Schirm cx und Benzinlampe befinden sich in einem innen geschwärzten Kasten. An dem A p p a r a t befindet sich ein zweiter Schirm c2, der an die Stelle gebracht wird, deren Beleuchtung zu bestimmen ist. An dem A p p a r a t ist ferner eine Yisiervorrichtung angebracht, ein Schlitz M und eine Teilung T mit den Zahlen 10, 20, 30, 40 und 50 Lux. Wird die Spitze der Benzinflamme auf den Teilstrich 10 eingestellt, so wird der Schirm c1 mit 10 Lux beleuchtet; wird sie auf den Teilstrich 50 eingestellt, so wird c1 mit 50 Lux beleuchtet. Zu einer Beleuchtungsmessung h a t man durch das Okularrohr O auf die beiden Schirme cx und c2 zu blicken und verstellt die Höhe der Benzinflamme so lange, !) Journal für Gasbeleuchtung 45. S. 738. 1902. 47. S. 917. 1904.

§ 106.

Beleiichtungsim'sser von Wingen und

KriUi.

249

Iiis die S c h i r m e gleich leuchtet erscheinen. Dann m a n a n d e r T e i l u n g T dii leuchtung ab. In einer n e u e r e n A u s f ü h r u n g s f o r m F i g . 164 ist d e r S c h i r m u m eine h o r i z o n t a l e A c h s e d r e h b a r g e m a c h t . Die F l a n i m e n h ö h e bleibt liier f e s t s t e h e n d , die p h o t o m e t r i s c h e F i n s t e l l u n g w i r d hier durch Drehen des Schirmes b e w i r k t , ein P r i n z i p , d a s s c h o n Preeee und T r o t t e r verwendet hatten. Der außen am A p p a r a t s i c h t b a r e Zeiger g i b t a n . mit wieviel L u x die im I n n e r e n des K a s t e n s a n g e o r d n e t e \ ergleichsfliiebe beleuchtet erscheint, wenn man d u r c h d a s O k u l a r r o h r auf sie Fiir. lfi.1. blickt. D u r c h l e t z t e r e s sieht m a n irleichzeiti"- auf die u n t e n link 11 lieh a u s d e r S t i r n w a n d des K a s t e n s h e r a u s z i e h b a r e M e ß f l ü c h e r2, w e l c h e a n d i e j e n i g e Stelle des R a u m e s gebracht wird, deren B e l e u c h t u n g zu b e s t i m m e n ist. Der M e ß b e r e i c h des in Fig. 164 dargestellten Apparates ist d u r c h einen L i c h t s c h w ä c l u i n g s s c h i e b e r Iiis auf f>00 L u x erweiterbar.

Fig.

IC

D a s O k u l a r ist n o c h m i t einem Okularschieber versehen, w e l c h e r g e s t a t t e t , d u r c h ein r o t e s o d e r d u r c h ein g r ü n e s G l a s zu b e o b a c h t e n o d e r a u c h o h n e f a r b i g e s G l a s zu a r b e i t e n . Letzteres wird sich sehr s c h w i e r i g g e s t a l t e n , w e n n die zu m e s s e n d e B e l e u c h t u n g eine von d e r B e n z i n l a m p e s e h r a b -

J \. Kapilcl.

250

w e i c h e n d e Karin 1 h a t ,

Transportable l'liulnmL'trr

wenn

z. 15. Tageslicht-

gemessen

werden

soll.

Will man sich hier n i c h t auf die Messung im R o t b e s c h r ä n k e n , sondern die G c s a i n t b e l o u e h t u n g b e s t i m m e n , so m a c h t man j e eine E i n s t e l l u n g u n t e r B e n u t z u n g der r o t e n und grünen S c h e i b e , bildet a u s den beiden Messungsergebnissen das V e r h ä l t n i s G r ü n / R o t , e n t n i m m t

aus der a u i

S e i t e 287 a n g e g e b e n e n W e b e r s c h e n T a b e l l e den zu diesem gehörigen W e r t k und multipliziert durch e r h ä l t sie ohne

man dann die G e s a i n t b e l e u e h t ung

Kinschaltung farbiger Gläser

Diese A p p a r a t e

ergeben

der

keine allzugroße

R e s u l t a t e ergibt

Meßl'läche,

Dawie

ist. Meßgenauigkeit.

schnelle ü b e r s c h l ä g i g e Messungen sind sie j e d o c h Genauere

Verhältnis

d a m i t das Krgebnis für R o t .

Kür

brauchbar.

der B e l e u c h t ungsinesser

von

Kriiß1).

der in big. 165 d a r g e s t e l l t ist.

Fit', lüf,. In den a b n e h m b a r e n

Kasten

/\ wird eine Hel'nerlampe so hinein-

gestellt-, daß durch das F e n s t e r / ein b l a r n n i e n m e s s e r zum Z w e c k e der E i n s t e l l u n g der

Klammenhöhe

beobachtet

werden

kann.

Die F l ä c h e /-'wird an d i e j e n i g e S t e l l e g e b r a c h t , deren gemessen werden s o l l : sie k a n n

Beleuchtung

mit dorn P h o t o n i e t e r k o p f

/', w e l c h e r

mit L u m m e r - B r o d h u n s c h e m P r i s m e n p a a r versehen ist, gedreht w e r d e n : ihre .Neigung k a n n an dem T e i l k r e i s e /) abgelesen w e r d e n . D u r c h das O k u l a r (vor welches auch ein rotes u n d ein grünes G l a s geschoben werden k a n n ) wird die B e l e u c h t u n g des P h o t o m e t e r s c h i r i n e s und

der

durch

Fläche

F

Verschieben

miteinander des

Kastens

verglichen: mit

der

Schraubt 1 ist dieser K a s t e n l e s t k l e i n m b a r .

sie

wird

gleichgemacht

Jlcl'nerlampe;

durch

eine

Der Zeiger /• gleitet an einer

T e i l u n g 7'j, von w e l c h e r d i r e k t die B e l e u c h t u n g in L u x abgelesen w e r d e n k a n n , w ä h r e n d eine zweite T e i l u n g 7' 2 mit M e t e r n i a ß s t a b v e r s e h e n ist. M Kriiß, Journal für OasbcIeuihtuiiK 45. S. 739. 1#02.

§ 107.

l'niversalphotometer von Martens.

Die w e i ß e F l ä c h e der F l ä c h e F

des P h o t o m e t e r s c h i r n i e s

vertauscht werden.

kann

251 gegen

E r g e b e n sich h i e r b e i

diejenige

verschiedene

E i n s t e l l u n g e n , so ist d a s M i t t e l a u s den b e i d e n .Messungen zu n e h m e n . Wird

der A p p a r a t

weißen

nicht

Fläche nach

benutzt,

unten

so

wird

der

Schieber F

mit

eingesteckt.

E i n e auf dem P h o t o m e t e r k o p f befindliche drehbare Scheibe in drei m i t 0 . 1 , 1 , 0 In

der

Stellung

und

der

10 bezeichnete

1,0 gelten

Stellungen gebracht

die A n g a b e n

der beiden

kann

werden.

Teilungen

ohne

w e i t e r e s , in den S t e l l u n g e n 0 , 1 b z w . 1 0 m ü s s e n die A n g a b e n d e r L u x teilung

1\ o d e r d a s a u s d e r M e t e r t e i l u n g

0,1 bzw.

10 multipliziert

D e r M e ß b e r e i c h des A p p a r a t e s bei

T., e r r e c h n e t e

Resultat

mit

werden. reicht:

Stellung der Scheibe auf

»

»

»

»

»

»

»

»

»

»

0,1 : v o n 1.0: 10

:

0 , 4 Iiis

10

Lux

»

4

»

100

»

»

40

»

1000

»

A u ß e r zur Messung der B e l e u c h t u n g k a n n der A p p a r a t auch

zur

Messung der L i c h t s t ä r k e n von L i c h t q u e l l e n b e n u t z t werden.

Die Y e r -

gleichsfläche

gebracht

wird

F

zu d i e s e m

Zweck

in s e n k r e c h t e

Lage

u n d die zu m e s s e n d e L i c h t q u e l l e v o r i h r a u f g e s t e l l t : i h r e von F

muß

m i t t e l s eines M a ß s t a b e s

bestimmt

Entfernung

werden, während

die

E n t f e r n u n g d e r H e f n e r l a m p e v o m P h o t o m e t e r s c h i r m an d e r m e t r i s c h e n Teilung

abgelesen wird.

T2

verschiedenen

Richtungen

hochhängenden dem

oder hoch

Man kann aufgestellten

man der Vergleichsfläche F Um

wird

den

er a u f

Stativ

Apparat ein

mit

als

a u c h die v o n L i c h t q u e l l e n

ausgestrahlten

Lichtstärken

Lichtquellen

die e n t s p r e c h e n d e

Straßenphotometer

Dreifuß

und

mit

einer

z.

15.

in von

bestimmen, Neigung

benutzen

gibt.

zu

Wasserwage

in-

können,

versehenes

gesetzt.

§ 107.

Univcrsalphotometcr von Martens1).

B e i d e m in F i g . 1 6 6 d a r g e s t e l l t e n L ' n i v e r s a l p h o t o m e t e r v o n M a r t e n s wird zum Vergleichen

zweier L i c h t b ü n d e l

und zur m e ß b a r e n

c h u n g des e i n e n L i c h t b ü n d e l s d a s P o l a r i s a t i o n s p r i n z i p Die

zu

vergleichenden

Lichtbündel

treten

durch

Schwä-

verwendet.

zwei O f f n u n g e n

u n d b in d a s e i g e n t l i c h e P h o t o m e t e r ein, d u r c h l a u f e n d e r R e i h e e i n e L i n s e O, ein W o l l a s t o n - P r i s m a

aus K a l k s p a t h

IL, ein

a

nach

Zwillings-

1) F. F. Marlons, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 5. S. 149. 1903.

252

IX. Kapitel.

Transportable

Phutometer.

p r i s m a mit den H ä l f t e n 1 u n d 2, einen Analysatornieol .V, sowie die beiden Linsen L u n d H u n d endlich die Blende I). Der B e o b a c h t e r blickt durch /) u n d dreht den Analysatornieol A bis die beiden Vergleichsfelder I und 2 gleich hell erscheinen. Das I n s t r u m e n t e n t h ä l t ferner ein Vergleichslampengehäuse g, einen B r o d h u n s c h e n T u b u s T und eine Revolverscheibe M mit Rauchgläsern zur Vergrößerungdes Meßbereiches. Der B r o d h u n s c h e T u b u s T e n t h ä l t ein total reflektierendes P r i s m a P und ist u m die horizontale Achse P Q d r e h b a r ; seine Neigung gegen die Vertikale wird an einem Teilkreise abgelesen. Der Zweck dieser E i n r i c h t u n g ist der, alle pliotometrischen Messungen bei unv e r ä n d e r t e r Stellung des Auges v o r n e h m e n zu k ö n n e n ; m a n k a n n den T u b u s auf eine in beliebiger Höhe befindliche Lichtquelle richten, um deren L i c h t s t ä r k e zu messen. Ersetzt man den Gipsschirm F durch ein mattgeschliffenes Milchglas, so k a n n man die B e l e u c h t u n g in einer beliebig geneigten Fläche messen. E n t f e r n t m a n den Schirm F, so f i n d e t man die Flächenhelle einer Fläche z. B. eines Projektionsschirmes, welcher n u r auf dem Wege F PQ Licht ins P h o t o n i e t e r sendet. Das I n s t r u m e n t ist t r a n s p o r t a b e l u n d läßt sich sowohl zu Messungen in geschlossenen R ä u m e n als auch im Freien verwenden. 11

§ 108.

Bestimmung der Absorptionsverluste.

253

X. Kapitel.

Photometerspiegel. § 108.

Bestimmung der Absorptions Verluste.

Bei photometrischen Messungen bedient man sich vielfach eines Spiegels, z. B. bei der Aufgabe, Lampen unter verschiedenen Winkeln zu messen oder die mittlere horizontale Lichtstärke einer Lampe durch eine einzige Messung zu bestimmen. Die zu solchen Zwecken verwendeten Spiegelgläser müssen sorgfältig ausgewählt werden, sie müssen frei sein von Unregelmäßigkeiten und müssen Bilder ohne Verzerrungen geben. Ihre Größe muß derart sein, daß sie den ganzen in Betracht kommenden Lichtkegel zu fassen vermögen, daß also, vom Photometerschirme aus gesehen, die ganze Lichtquelle in ihnen sichtbar ist. Hierauf ist besonders beim Photometrieren von Bogenlampen m i t G 1 o c. k e n zu achten. Bevor die Spiegel benutzt werden, müssen ihre Absorptionskoeffizienten bestimmt werden. Dies geschieht nach folgender .Methode:

Auf der Photometerbank Fig. 167 werden zwei Glühlampen L x und L2 mit den Lichtstärken J1 und / 2 in der E n t f e r n u n g R — r1 r2 aufgestellt, und das Photometer P wird eingestellt; dann ist

Hierauf stellt man den Spiegel S auf und bringt L1 an die Stelle Der Spiegel wird so eingestellt, daß die Spiegelnormale ÄT den Winkel a

254

X. Kapitel.

Photoiiieterspiogel.

h a l b i e r t : d a n n ist, w e n n . / j u n d J 2 e b e n s o g r o ß sind wie z u v o r u n d u n d r 2 ' die z u g e h ö r i g e n E n t f e r n u n g e n b e d e u t e n :

//

demnach:

3) D a m i t die Versuch»' ein g e n a u e s R e s u l t a t e r g e b e n , ist es n ö t i g , iur L1 u n d L2 zwei s e h r k o n s t a n t e L a m p e n a n z u w e n d e n , a m b e s t e n G l ü h l a m p e n , w e l c h e v o n e i n e m A k k u m u l a t o r gespeist w e r d e n . Die L a m p e L2 b l e i b t w a h r e n d d e r V e r s u c h e u n b e r ü h r t , die L a m p e L1 m u ß d e m P h o t o n i e t e r b z w . d e m Spiegel s t e t s dieselbe R i c h t u n g z u k e h r e n . A m besten v e r w e n d e t m a n L a m p e n , welche nach jeder R i c h t u n g dieselbe L i c h t s t ä r k e b e s i t z e n , z. B. die L a m p e auf Seite 73. F e r n e r m u ß die S p a n n u n g s e h r k o n s t a n t g e h a l t e n w e r d e n , endlich m u ß d a s L i c h t s t ä r k e n v e r h ä l t n i s d e r L a m p e n o h n e Spiegel ö f t e r s b e s t i m m t w e r d e n . U n t e r B e n u t z u n g d e r b e s c h r i e b e n e n A n o r d n u n g w u r d e n die Ref l e x i o n s k o e f f i z i e n t e n v o n sieben e b e n e n S p i e g e l n m i t S i l b e r b e l a g , d i e für photometrische Untersuchungen bestimmt waren, von U p p e n b o r n e r m i t t e l t . Als L i c h t q u e l l e n d i e n t e n zwei G l ü h l a m p e n eine g e w ö h n l i c h e u n d eine E i n f a d e n l a m p e , d e r e n S p a n n u n g bei d e m V o r v e r s u c h e , d e r P h o f o m e t r i e r u n g o h n e Z w i s c h e n s c h a l t u n g des Spiegels, so e i n r e g u l i e r t w u r d e , d a ß b e i d e L a m p e n gleiche L i c h t s t ä r k e e r g a b e n . D a b e i w a r die E i n f a d e n l a m p e in d e r A c h s e d e r P h o t o m e t e r b a n k auf e i n e m d r e h b a r e n A r m e b e f e s t i g t , 60 c m v o n dessen D r e h p u n k t e n t f e r n t . Die ges a m t e M e ß l ä n g e , die a u c h f ü r die im f o l g e n d e n b e s c h r i e b e n e n V e r s u c h e beibehalten wurde, b e t r u g 300 cm. Iis w u r d e n u n m e h r ein Spiegel auf d e n D r e h p u n k t des A r m e s a u f g e s e t z t , d e r A r m m i t d e r L a m p e so w e i t a u s der Achse d e r P h o t o m e t e r b a n k h e r a u s g e d r e h t , d a ß e r m i t d e r S p i e g e l e b e n e einen b e s t i m m t e n Winkel a bildete und zehn photometrische Einstellungen v o r g e n o m m e n . Der M i t t e l w e r t d e r q u a d r a t i s c h e n E n t f e r n u n g s v e r h ä l t n i s s e e r g a b d a n n o h n e w e i t e r e s d e n g e s u c h t e n K o e f f i z i e n t e n f ü r den b e t r e f f e n d e n W i n kel a. D e r W i n k e l u d e s d r e h b a r e n A r m e s gegen die S p i e g e l e b e n e w u r d e , s o w e i t sich dies d u r c h f ü h r e n ließ, v o n 10 zu 10° g e ä n d e r t u n d d a s gleiche V e r f a h r e n auf alle a n d e r e n Spiegel a n g e w e n d e t . Bei Spiegel V I I w u r d e die B e s t i m m u n g d e r K o e f f i z i e n t e n in zwei a u f e i n a n d e r senkrechten Ebenen vorgenommen. Die V e r s u c h s e r g e b n i s s e sind in d e r f o l g e n d e n T a b e l l e gestellt.

zusammen-

§ 109.

Spiegel X r .

I.

II.

255

Winkelspiegel.

III.

IV.

V.

VI.

VII. Ebene 1 Ebene 2

20°

0,818

0.786

0,815

0,800

0 840

0,802

0 820 0,814

0.782

0,813

0,796

0,797

0.779 0,778

0,792

30°

0,783

0,792

0,786

0,831

0,800

0,781

0,778

0,778

0,801

0,804

0,791

0,823

0,799

0,820

0,791

0,821

0,784

0,778 0,799

0 786 0,785

0,803

60°

0,800 0,794

70°

0 814

0,791

0,835

0 794

0,775

0,799

0,785

0 813

110°

0,812

0,781

0,826

0,821

0,780

0.783

120°

0,820

0,791

0,836

0.822

0,780

0.782

0,867 0,841

0,820 0,824

130°

0,813

0,786

0,835

0,821

0 782

0.782

0,849

0,809

140° 150»

0,820

0 786

0,821

0 791

0,798

0,823

0,798

0.779 0,796

0,830

0,826

0,820 0.825

0,82'i

0,819 0,825

160°

0.848

0,799

0,838

0,815

0.840

0.774

0.821

0,820

Mittelwerte

0,819

0,789

0,826

0,809

0,787

0,784

0,812

0,811

« =

40" 50°

0,803

Die vorstellend beschriebenen Versuche w u r d e n mit G l ü h l a m p e n von n o r m a l e m Glühgrade angestellt. E s ist von Interesse zu wissen, ob bei s t a r k gefärbtem Lichte a n d e r e Reflexionskoeffizienten g e f u n d e n werden. Dow 1 ) hat Versuche angestellt, bei denen zwei G l ü h l a m p e n f ü r 32 H R und 200 Volt bei 200 Volt m i t e i n a n d e r verglichen wurden nnd zwar einmal direkt und ein anderes .Mal n a c h d e m das Licht der einen mittels des Spiegels längs der P h o t o m e t e r b a n k reflektiert w o r d e n war. Der Versuch wurde mit roten und grünen Glasblenden wiederholt. Die Mittelwerte einer Versuchsreihe e r g a b e n : Reflexionskoeffizient 0,788 für Lampen' ohne Blende, » 0,790 » rotes Licht, » 0,778 » grünes Licht. Zahlreiche andere Versuche ergaben abweichende Resultate. Der L'nterschied war m a n c h m a l z u g u n s t e n des roten, m a n c h m a l z u g u n s t e n des grünen Lichtes. Die W e r t e f ü r die drei verschiedenen F a r b e n wichen aber nie mehr als 2 , 5 % v o n e i n a n d e r ab.

§ 109.

Winkelspiegel.

Bei den im vorhergehenden b e h a n d e l t e n U n t e r s u c h u n g e n spielt die Dimension der L a m p e n bzw. die L ä n g e der P h o t o m e t e r b a n k keine andere Rolle als bei den gewöhnlichen p h o t o m e t r i s c h e n Messungen. M J. S. D o w , Z e i t s c h r i f t f ü r B e l e u c h t u n g s w e s e n

13. S. 74.

1907.

256

X. Kapitel.

Photometerspiegel.

E t w a s verwickelter wird der Fall bei den Winkelspiegeln (Fig. 168), welche z. B. z u m P h o t o m e t r i e r e n von G l ü h l a m p e n (siehe Seite 356) b e n u t z t werden k ö n n e n . Diese Spiegel schließen einen Winkel von 120° ein. Von der Lichtquelle J e n t s t e h e n die zwei Bilder und J2Auf dem P h o t o m e t e r s c h i r m e P r u f t die L i c h t s t ä r k e J eine Beleuclitung

J

hervor. Hierzu k o m m e n noch die von den Bildern J1 u n d ,/ 2

H-

Fig. I'i8. h e r r ü h r e n d e n B e l e u c h t u n g e n . Dieselben sind, wenn m a n mit /: "

z„

F i g . 187

=

der

Lichtstärke - 1

.

.

2)

sein.

Es k o m m t nun darauf an, in einfacher Weise diejenige Höhenlage der Schnittkreisebene

zu bestimmen,

für die die Gleichung (2) er-

füllt ist. L e g t man im Abstände r2 von 0

in die Schnittkreisebene

eine

horizontale Platte F in Fig. 187, so empfängt sie von der Lichtquelle J die Beleuchtung

Jy frf + y*,2 3 Für die hier in Betracht kommenden Fälle läßt sich für diesen Ausdruck die Näherungsform

§ 113.

Die U l b r i c h t s c h e

Kugel.

275

oder

Jy ^ r - i

y

3

+

z/2

anwenden. Dieser Ausdruck besagt, daß, wenn man die horizontale P l a t t e F (Fig. 187) in der Entfernung r2

= V3 von der Vertikalen des Leuchtkörpers anbringt, ihre Beleuchtung bei konstantem r2 zu dem W e r t e Jy

r>i2 +

y2

in geradein Verhältnis steht. W e n d e t man also diese P l a t t e F (Fig. 188) einer Vertikalreihe von Lichtquellen Jj, J 2 , J3. . . J„ gegenüber an und stellt sie so ein, daß im Abstand r-z

n i 3

3)

von der Liehtquellenvertikalen ihre Beleuchtung auf beiden Seiten gleich ist, so liegt sie in der gesuchten Höhe des Schnittkreises vom Halbmesser r l 5 für den , ¿n

-

1

ist.

Der durch Anwendung der Näherungsforuiel entstehende F e h ler kann hierbei vernachlässigt werden, ert

solange nicht

• überschreitet.

y rl}l3

den Fig. 1

Die Gleichheit der beiderseitigen Beleuchtung b e s t i m m t man am einfachsten mittels des Fettfleckverfahrens. Das Verfahren mit dem Fettfleckschirm stellt sich wie folgt. Soll die vertikale Lichtreihe J2, Js . . . Jn aus der Entfernung rt hemisphärisch gemessen werden, so wird in der E n t f e r n u n g

r2=r^3 der horizontal gehaltene Fettfleckschirm in die Höhenlage gebracht, in welcher der Fleck verschwindet, und es wird in der durch diese Schirmlage gehenden Horizontalebene sodann die hemisphärische Mes-

276

XII.

Kapitel.

Integratoren.

sung b e g o n n e n . Auf diese Weise k a n n m a n mit dein S c h n i t t k r c i s verh ä l t n i s m ä ß i g n a h e an die Lichtquelle h e r a n r ü c k e n ohne erhebliehen F e h l e r n ausgesetzt zu sein. In der so b e s t i m m t e n E b e n e k a n n mit d e m S c h n i t t k r c i s der Meßh e m i s p h ä r e bis auf den d o p p e l t e n Halbmesser der um den L e u c h t k ö r p e r zu beschreibenden kleinsten Kugelfläche an die vertikale S y m m e t r i e a c h s e herangegangen werden. Ulbricht h a t in a n s c h a u licher Weise den A u s d r u c k L i c h t s c h w e r p u n k t e i n g e f ü h r t ; m a n k a n n d e m g e m ä ß für die richtige Höhenlage der S c h n i t t k r e i s e b e n e bei h e m i s p h ä r i s c h e n Messungen sagen: »Die Schnittkreisebene m u ß durch den L i c h t s c h w e r p u 11 k t des L e u c h t k ö r p e r s gehen.« Bei Messung hemisphärischer L i c h t s t ä r k e n in der Kugel ist es notwendig, dies zu b e a c h t e n . Man wird hierbei den Kugeldurchinesser nicht kleiner als den d o p p e l t e n S c h n i t t k r e i s d u r c h m e s s e r n e h m e n . Vom Milehglasfenster aus gesehen soll ilie s c h a t t e n g e b e n d e Blende möglichst v o l l s t ä n d i g in die Schnittkreisfläche fallen. F ü r L a m p e n mit zerstreuenden Glocken sollte — und zwar auch hei sphärischen Messungen — das V e r h ä l t n i s des K u g e l d u r c h m e s s e r s zum g r ö ß t e n Durchmesser der L a m p e n g l o c k e nicht u n t e r 6 : 1 sein. Dabei ist es zur Verkleinerung der Blende von Vorteil, das Milchglasfenster r e c h t klein zu n e h m e n . Zur E r m i t t e l u n g der richtigen Höhenlage der .Meßebene bei hemisphärischen Messungen hat Ulbricht einen A p p a r a t k o n s t r u i e r t , den L i c h t s c Ii w e r p u n k t s u r h e r. \

_____

|

^

L

M

1

^

— )

•

Fig. 189.

Das beiderseitige Bild des F e t t f l e c k s c h i r m e s F wird in Fig. 18iJ durch die Spiegel und S2 dem b e o b a c h t e n d e n Auge bei 0 s i c h t b a r g e m a c h t . Auf d e m Wege dahin gehen aber die L i c h t s t r a h l e n durch die beiden P r i s m e n 1 \ und die die Spiegelbilder lückenlos zus a m m e n r ü c k e n , so d a ß von () aus von der L a m p e selbst nichts zu sehen ist. Geht man aber mit dem Auge nach den B e o b a c h t u n g s p u n k t e n 01 oder 0 2 , so erscheint in einem mäßig breiten Spalt die

§ 113.

Die Ulbrichtsche Kugel.

277

Lampe wieder, auf der sich der Fettfleckschirm als horizontale Linie abzeichnet. Diese Linie wird, nachdem die Lampe so gehoben oder gesenkt wurde, daß Gleichheit der Fettfleckbilder eintrat, mit der Stoßfuge der Prismen zur Deckung gebracht und nun wird ihre Lage an der Lampe als Höhenlage des Schnittkreises angezeichnet. Die Prismen sitzen in einem Rahmen, der sich senkrecht verstellen läßt, so daß genaue Übereinstimmung der Prismenstoßfuge mit der Schirmebene hergestellt werden kann. Die Beobachtungsstellen 01 und 02 erhalten Blenden von gelbem Glase, so daß das Auge nicht das Bogenlicht unmittelbar aufzunehmen hat. Die Vorderfläche des Suchers ist mit einer dünnen ebenen Glastafel bedeckt, um den sonst leicht verletzbaren Fettfleckschirm zu schützen. Die hierdurch entstehende kleine Ungenauigkeit in der Bestrahlung des Schirmes kann unbedenklich zugelassen werden.

Fig. 190.

Fig. 190 zeigt den Lichtschwerpunktsucher ohne obere Deckplatte in der Ausführung von H. Stieberitz in Dresden. Der Schirm F des Suchers ist beim Gebrauche von jeder fremden Bestrahlung sorgfältig freizuhalten. Die Fläche der Blende B soll nicht größer als V20 der Kugelquerschnittsfläche sein. Die Blende B muß, vom.Meßfenster M aus gesehen, bei Messung einer Bogenlampe ohne Glocke die eigentliche Lichtquelle und ihren Reflektor, bei Messung in lichtstreuender Glocke die ganze Glocke und bei Messung in Klarglasglocke (Verbandsmethode) 1 ) die Lichtquelle, den Reflektor und das S p i e g e l b i l d der Lichtquelle vollständig verdecken. Die Blenden müssen in jedem Falle groß genug sein, um auch nach dem ä u ß e r s t e n R a n d e d e s M e ß Siehe § 149.

278

XII. Kapitel.

Integratoren.

f e n s t e r s keine direkten Strahlen mehr von den zu verdeckenden leuchtenden Teilen gelangen zu lassen. Ulbricht h a t t e zuerst seine Versuche an einer Kugel von 0,5 111 Durchmesser begonnen. Bloch arbeitete zuerst (1905) an einer Kugel von 1 m Durchmesser, Monasch und Corsepius haben zuerst (1906) Versuche an einer wirklich ausgeführten Kugel von 2 m Durchmesser beschrieben. Bei derartig großen Kugeln wird von einigen der horizontalen Teilung, von anderen der vertikalen Teilung der Kugel in zwei Hälften zum bequemeren Arbeiten der Vorzug gegeben: andere teilen die Kugel ganz unsymmetrisch. Als bewährtes Rezept für den Kugelanstrich gab Utzinger in der Lichtmeßkommission des Verbandes Deutscher Elektrotechniker folgendes b e k a n n t : Als Material für die Kugel nehme man v e r z i n k t e s E i s e n b l e c h . Zunächst wird ein Grundanstrich aus Bleiweißkopallack gemacht, indem Bleiweiß in Kopallack mit Terpentin im Verhältnis 1: 1 v e r d ü n n t wird. Auf diesen Grundanstrich wird ein Deckanstrich aus Zinkweißleimfarbe gegeben. Das mit W asser dick angerührte Zinkweiß wird mit sehr schwacher warmer Leimlö.sung (frischer Tischlerleim) verdünnt.

§ 114.

Meridianapparate.

Die im folgenden zu besprechenden Apparate, für die Blondel die Bezeichnung M e s o p h o t o m e t e r 1 ) benutzt, sind im strengen Sinne des Wortes keine Integratoren, da sie nicht integrieren, sondern nur längs eines Meridians summieren. Bei diesen Apparaten werden längs eines Meridiankreises Spiegel in gewisser Weise derart angeordnet, daß die Summe der Lichtstärken, welche sie auf ein an bestimmter Stelle befindliches Photometer werfen, bei axial symmetrischen Lichtquellen der mittleren sphärischen Lichtstärke proportional ist. Der korrekte Ausdruck für J Q war auf Seite 99 .7

0 Diese Apparate sind Hilfsapparate, keine P h o t o m e t e r . Ebenso ist die Ulbrichtsche Kugel kein Photometer. Ulbricht hatte zwar den Apparat in seiner ersten Abhandlung »Kugelphotometer« genannt. Da der Ausdruck »Photometer« nur der Meßeinrichtung z. B. P in Fig. 183 zukommt, beantragte Monasch in der Lichtmeßkoinmission des Verbandes Deutscher Elektrotechniker statt des Ausdruckes Kugelphotometer den Ausdruck »Ulbrichtsche Kugel« zu verwenden. Der Antrag wurde angenommen.

§ 115. Meridianapparate.

279

\Y enn J a in einer Meridianebene in n gleichen Zonen

gemessen

wird, so k a n n m a n , wenn die A n z a h l der n M e ß p u n k t e genügend groß ist, mit h i n r e i c h e n d e r

Genauigkeit

obige F o r m e l durch folgende er-

setzen :

°

J

=

2 n

y

J" • sin «

2)

U m auf dem P h o t o m e t e r s c h i r m eine der sphärischen

Lichtstärke

proportionale B e l e u c h t u n g zu erzielen, l ä ß t M a t t h e w s 1 ) das L i c h t u n t e r den verschiedenen A u s s t r a h l u n g s w i n k e l n eines Meridiankreises auf das P h o t o m e t e r fallen, daß die einzelnen

Lichtstrahlen

derart in

dem

V e r h ä l t n i s des S i n u s ihres Neigungswinkels zur V e r t i k a l e n g e s c h w ä c h t werden.

Zu diesem Zweck ordnet M a t t h e w s 2 4 t r a p e z f ö r m i g e Spiegel

von 15° zu 1 5 ° auf einem Kreise an, in dessen M i t t e l p u n k t sich die zu untersuchende

Bogenlampe

befindet.

Die A n o r d n u n g

der

Spiegel

gegeneinander ist derart, daß sie eine 24 seitige a b g e s t u m p f t e mide S bilden ( F i g . 191).

Pyra-

V o m P h o t o m e t e r P aus gesehen, k a n n m a n

im M i t t e l p u n k t eines j e d e n Spiegels S ein

Bild

Direkte

des L i c h t b o g e n s von

der

erblicken.

Lichtquelle

aus-

ü

gehende S t r a h l e n werden durch einen Schirm vom Photometer abgehalten. Die Verringerung der L i c h t s t ä r k e der von j e d e m Spiegel ausgestrahlten und

Fi„

,91

unter gleichen W i n k e l n auf den P h o t o m e t e r s c h i r m auffallenden L i c h t s t r a h l e n

im V e r h ä l t n i s

Neigungswinkels wird durch eine polygonale

des S i n u s des

Glasscheibe G

bewirkt,

die aus ebensovielen Teilen b e s t e h t wie die S p i e g e l p y r a m i d e und bei der j e d e r Teil mit

R a u c h g l a s von solcher Dicke belegt ist, daß

L i c h t e n t s p r e c h e n d dem S i n u s gehört

also

ein

ganz

Photometerschirm ist beweglich.

Mit

P

g e s c h w ä c h t wird.

bestimmter Teil ist

fest

der

angeordnet.

Hilfe eines Spiegels wird

Zu j e d e m

Rauchglasscheibe. Die

das

Spiegel Der

Vergleichslichtquelle

bewirkt,

daß das von

der V e r g l e i c h s l i c h t q u e l l e k o m m e n d e L i c h t u n t e r demselben Neigungswinkel 1)

den P h o t o m e t e r s c h i r m

P t r i f f t wie das v o n der

Spiegelpyra-

Ch. P. Matthews, Trans. American Institute of Electrical Engineers 18. S. 671. 1901. 19. S. 1465. 1902. Referat: Zeitschrift f. Beleuchtungswesen 9. S. 91. 335. 1903. — E. P. Hyde, On the theory of the Matthews and the Russell-Leonard Photometers for the Measurement of mean spherical and mean hemispherical Intensities, Electrical World 44. S. 687. 1904. — Dyke, The mean spherical candlepower of incandescent and arc lamps, Philosophical Magazine (6) 9. S. 136. 1905.

280

X I I . Kapitel.

Integratoren.

niide auf den Photometerschirm auffallende Licht. Die Entfernung der Spiegelpyramide vom Photometerschirm beträgt bei dem Matthewsschen Modell für Bogenlampen 9 m. Man kann das Instrument auch zur punktweisen Aufnahme der Liclitausstrahlungskurve verwenden, indem man die Rauchglasscheiben entfernt und alle Spiegel der Pyramide mit Ausnahme der beiden Spiegel, die zu dem Neigungswinkel gehören, unter welchem die Lichtausstrahlung bestimmt werden soll, mit schwarzen Kappen verdeckt. Bei derartigen Messungen müssen die Reflexionskoeffizienten der Spiegel berücksichtigt werden. Das Instrument wird geeicht, indem man eine hochkerzige Glühlampe von genau bekannter Lichtausstrahlung in den Mittelpunkt der Spiegelpyramide bringt. Matthews entwickelte ferner noch einen Apparat, der besonders zur Untersuchung von Glühlampen bestimmt ist (Fig. 192). Die Spiegelverteilung ist dieselbe wie in dem oben beschriebenen Apparat für Bogenlampen. Anstatt die Lichtstrahlen jedoch durch absorbierende Medien dem Sinus des Neigungswinkels entsprechend zu schwächen, benutzt Matthews hierzu die bekannten Eigenschaften der Diffusoren, indem der Schirm des Photonieters P aus einer orthotropen diffus reflektierenden Substanz gewählt wird. Die Anordnung des Instruments ist folgende. An dem in dem oberen Teil der Fig. 192 im Aufriß sichtbaren Halbkreis K sind elf Spiegelpaare (von 15° zu 15°) angeordnet. Eine horizontale Schiene A trägt das Photonieter P (Bunsen), die Vergleichslichtquelle L2 und einen Spiegel S2 für die Vergleichslichtquelle. Hinter dem Photonieter P wird hinter einem schwarzen Vorhang V die zu untersuchende Lichtquelle L1 in der Horizontalebene aufgestellt. Wie aus der Grundrißskizze in Fig. 192 erkannt werden kann, besteht jeder Spiegel S aus zwei Teilen, die zueinander um 90° geneigt sind und die demgemäß mit der Horizontalen einen Winkel von 45° einschließen. Das von der Lichtquelle Lj ausgehende Licht fällt zuerst auf den einen Spiegel dann auf den anderen Spiegel und von diesem auf den Photometerschirm P. Das Photometer P steht fest. Der Spiegel S2, der das Licht der Vergleichslichtquelle auf den Photometerschirm P wirft, ist längs der horizontalen Schiene A verschiebbar; seine Stellung kann an dem Maßstab M abgelesen werden. Das von der Lichtquelle L1 unter elf verschiedenen Neigungswinkeln a ausgehende Licht wird durch die Spiegel unter den Winkeln a auf den vertikal gestellten Photometerschirm geworfen. Da der Photometerschirm diffus reflektierend ist, so ist die Beleuchtung,

§ 1 IV

MiTiilianappanilo

281

d i e e r v o n d e n v e r s c h i e d e n e n elf A u s s t r a h l u n g s r i c h t u n g e n

der

Spiegel

b z w . d e r L i c h t q u e l l e e m p f ä n g t , j e w e i l s p r o p o r t i o n a l sin a. D i e g e s a m t e B e l e u c h t u n g des P h o t o m e t e r s c h i r i n e s m u ß d a h e r p r o p o r t i o n a l J o sein.

L /

— J L - r

\

1

/

\ ~ ~ < Fig. |!>i.

B e d e u t e n K' u n d A " d i e R e f l e x i o n s k o e l ' f i z i e n t e n d e r b e i d e n S p i e g e l und

S2.

D den

Ii d e n g e s a m t e n

Diffusionskoel'fizienten W e g von J0

-

K'

Lx b i s l \ • Ä" •

1)

des

Photometerschirmes

so ¡st • y^ J

u

• s i n «.

und

282

X I I . Kapitel.

Integratoren.

Nun sind aber nicht alle Reflexionskoeffizienten der verschiedenen Spiegel gleich, und der Diffusionskoeffizient 1) ist auch nicht für alle Einfallswinkel konstant. Da P kein vollkommener Diffasor ist, -wird die durch stärker geneigte Strahlen erzielte Beleuchtung auf dem Schirm zu schwach werden. Wenn die Spiegel S nun nach dem Mittelpunkt des Halbkreises hin verschoben werden, wird der gesamte Weg der Lichtstrahlen kürzer, und die Fehler werden kompensiert. Ist die Lichtquelle nicht axial symmetrisch, so muß sie gedreht werden, damit verschiedene ihrer Ausstrahlungsmeridiane gemessen werden können. Matthews sah bereits bei seiner Anordnung einen Elektromotor vor, der die zu untersuchende Glühlampe L x in Rotation versetzte, wenn ihre sphärische Lichtstärke gemessen werden soliti». Werden alle Spiegel mit Ausnahme des in der Horizontalen liegenden Spiegelpaares S1 Sx verdeckt, so kann mit dem Instrument auch die horizontale Lichtstärke gemessen werden. Analog läßt sich auch durch Verdecken der nicht benötigten Spiegel die Lichtausstrahlungskurve in einer Meridianebene punktweise aufnehmen. Beim Arbeiten mit dem Matthewsschen Instrument ist besonders darauf zu achten, daß der Lichtschwerpunkt der zu messenden Glühlampe sicli genau im Mittelpunkt des Halbkreises K befindet, daß jegliches fremde Licht vom Photometerschirm ferngehalten wird und daß die Spiegel und der Photometerschirm recht sauber gehalten werden. Russell 1 ) und Léonard 2 ) haben die Meridianinstrumente vereinfacht, indem sie die Spiegel nicht wie Matthews unter gleichen W inkeln, sondern unter verschiedenen Winkeln anordneten, aber derart, daß ihre Mittelpunkte sich in der Mitte von Kugelzonen gleicher Höhe befinden. Hierbei entsendet dann jeder Spiegel ein Lichtbündel auf den Photometerschirm, das die m i t t l e r e Lichtstärke auf das Photometer wirft, welches die zwischen zwei Horizontalebenen von der Höhe n jeweils eingeschlossene Kugelzone empfangen hat. Es entfällt hier die Notwendigkeit, die Lichtstrahlen proportional sin a durch besondere Vorrichtungen zu schwächen, da die Summe der von den n Spiegeln auf das Photonieter fallenden n Lichtströme direkt der sphärischen Lichtstärke proportional ist. Teilt man die Kugel in 12 Zonen von gleicher Höhe, so entsprechen den Spiegeln folgende Winkel: ') A l e x a n d r e Russell, Bulletin of t h e B u r e a u uf S t a n d a r d s . W a s h i n g t o n 1. S. 225. 1906. 2 ) L é o n a r d , E e l a i r u g e E l e e t r i q u e 50. S. 128. 1904. - S. auch W i l d , T h e U l u m i n a t i n g E n g i n e e r ( L o n d o n ) 2. S. 197. 1909.

§ 114. Spiegel N r .

1 2 3 4 5 6

Winkel

23° 41° 54° 65° 75° 85°

Meridianapparate. Spiegel N r .

30' 30' 20' 20' 30' 10'

7 8 9 10 11 12

283 Winkel

94° 104° 114° 125° 138° 156°

50' 30' 40' 40' 30' 30'

Léonard ordnet die Spiegel auf dem rechten Halbkreise in der Mitte der Höhe der Kugelzonen des linken Halbkreises an, wodurch er dieselbe Erhöhung der Genauigkeit erzielt, als ob er auf jeder Seite die doppelte Anzahl Spiegel anbringen würde. Die Apparate von Russell und Léonard sind zur punktweisen Aufnahme der Lichtausstrahlungskurve nicht so bequem wie die Matthewsschen. Zur Bestimmung von Jo axial symmetrischer Lichtquellen sind sie jedoch einfacher.

F i g . 193.

Krüß 1 ) b a u t nach einem zuerst von Blondel angegebenen Prinzip ein Meridianinstrument, das in Fig. 193 dargestellt ist. Auf einem H. K r ü ß , Journal für Gasbeleuchtung 51. S. 597. 1908.

284

XIII. Kapitel

D a s Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen.

Halbkreise (oder auch auf einem ganzen Kreis) ist eine Anzahl Spiegel .V von je 10 qcni Fläche in gleichem AYinkelabstand voneinander angeordnet, welche die Strahlen der im Kreismittelpunkt aufgehängten Lichtquelle L auf die gleiche Anzahl von Objektiven werfen. Diese Objektive beleuchten den Photometerschirm. Die Schwächung der von den Spiegeln auf die Objektive geworfenen Lichtstrahlen, entsprechend dem sin «, wird durch Einschaltung entsprechend abgestufter (im Objektivkopf untergebrachter) Blenden b bewirkt. .Mit dem Instrument kann auch die Lichtstärke in einer bestimmten Ausstrahlungsrichtung a geinessen werden, wenn alle nicht beteiligten Linsen abgeschaltet werden; auf diese Weise kann auch die Lichtausstrahlung einer Lichtquelle in den verschiedenen Ausstrahlungsrichtungen einer Meridianebene bestimmt werden, ohne daß die Lichtquelle oder das Photometer bewegt zu werden brauchen.

XIII. Kapitel.

Das Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen. § 115.

Allgemeines.

Heim Vergleichen zweier beleuchteter Flächen kommen nicht nur physikalische, sondern auch physiologische Vorgänge in Betracht. Sind die beleuchteten Flächen, welche zu vergleichen sind nicht gleichfarbig sondern v e r s c h i e d e n gefärbt, so treten außer den physikalischen und physiologischen Vorgängen noch psychologische Erscheinungen auf, die sich bis ins .Mystische steigern können. Auf Grund des Purkinjeschen Phänomens (s. § 5) soll das Vergleichen verschieden gefärbten Lichtes (heterochrome Photometrie) ü b e r h a u p t unmöglich sein, die Lichtstärken verschieden gefärbter Lichtstrahlen seien inkommensurabel. Dieser Satz gilt für reine Spektralfarben, an ihm wurde früher auch für die Färbungen, wie sie in der beleuchtungstechnischen Photometrie vorkommen, hartnäckig festgehalten. Dieser Satz gilt aber nicht mehr für die verhältnismäßig geringen Färbungsunterschiede, wie sie bei den in der Beleuchtungstechnik verwendeten normalen Lichtquellen vorkommen. Es ist schon in § 7 auf S. 12 gezeigt worden, daß durch neuere Untersuchungen von

§ 116.

Brodhun

und

Farbige

Dow n a c h g e w i e s e n

285

Mittel.

worden

ist, d a ß

das

Purkinjesche

P h ä n o m e n u n t e r U m s t ä n d e n , wie sie g e r a d e in der p r a k t i s c h e n P h o t o m e t r i e vorzuliegen pflegen,

überhaupt

nicht auftritt.

A u c h bei ver-

h ä l t n i s m ä ß i g g r o ß e n F a r b e n u n t e r s c h i e d e n wird der g e ü b t e mit

ausgeruhtem

Auge immer

zwei

Einstellungen

Beobachter

angeben

bei denen die B e l e u c h t u n g der einen o d e r der a n d e r e n

können,

Photonieter-

f l ä c h e heller oder d u n k l e r e r s c h e i n t : diese beiden E i n s t e l l u n g e n den um so n ä h e r zusammenliegen, j e geringer der

wer-

Farbenunterschied

der beiden L i c h t q u e l l e n und j e g r ö ß e r die Übung des B e o b a c h t e r s ist. Die G e n a u i g k e i t der E i n s t e l l u n g ist allerdings bei v e r s c h i e d e n g e f ä r b t e n F l ä c h e n e t w a s geringer, da a u c h g e ü b t e B e o b a c h t e r gegen

Helligkeits-

u n t e r s c h i e d e von v e r s c h i e d e n g e f ä r b t e n

empfindlich

F l ä c h e n weniger

sind als bei g l e i c h a r t i g g e f ä r b t e n F l ä c h e n .

Sinti die L i c h t q u e l l e n v e r -

s c h i e d e n g e f ä r b t , so gelingt es z. B . bei A n w e n d u n g eines Brodhunschen einzustellen:

Lummer-

G l e i c h h e i t s w ü r f e l s n i c h t , a u f V e r s c h w i n d e n des F l e c k s man

s t e l l t in

diesem

Falle

auf das

Undeutlichwerden

der R ä n d e r des F l e c k s ein, da die s c h a r f e Grenzlinie zweier v e r s c h i e d e n f a r b i g e r F l ä c h e n undeutlich wird, sind.

Die

beruhen

Methoden

entweder

zum

auf

wenn die F l ä c h e n gleich

Vergleichen

dem

Prinzip

II e I 1 i g k e i t oder auf dem

beleuchtet

verschiedenfarbigen

der

Einstellung

auf

Lichtes

g l e i c h e

P r i n z i p g I e i c h e r S e h s c h ä r f e.

In n e u e r e r Zeit wird auch das F I i m m e r p r i n z i p zum V e r g l e i c h e n verschiedenfarbigen abgesehen,

muß

Lichtes

beachtet

gefärbter Lichtquellen

verwendet.

werden,

Von

daß

Anomalien

das V e r g l e i c h e n

der

Augen

verschieden

infolge des s u b j e k t i v e n C h a r a k t e r s des

Auges

s t e t s mit gewissen F e h l e r n b e h a f t e t sein wird, da es kein N o r m a I a uge

gibt.

Die

Empfindlichkeit

viduell

verschieden,

sondern

wissen

Schwankungen

kann

unterworfen

der

.Netzhaut ist n i c h t

sogar sein,

bei so

derselben daß

die

nur

Person

indige-

Einstellungen

ein und derselben P e r s o n zu v e r s c h i e d e n e n Zeiten u n t e r sonst gleichen V e r h ä l t n i s s e n verschiedene

A.

Ergebnisse liefern

Die Methode der gleichen Helligkeit. § 116.

Bei verschieden gefärbten ändert

man

können.

durch

der einen L i c h t q u e l l e

Farbige Mittel. L i c h t q u e l l e n , die zu v e r g l e i c h e n

Zwischenschalten

farbiger

oder b e i d e r L i c h t q u e l l e n

b u n g e n gleich oder n a h e z u gleich w e r d e n .

Mittel

die

sind,

Färbung

d e r a r t , d a ß die

Fär-

D a n n stellt m a n auf gleiche

H e l l i g k e i t in g e w i s s e r m a ß e n g l e i c h f a r b i g g e w o r d e n e m L i c h t

ein.

286

X I I I . Kapitel. Das Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen.

1. C r o v a

zweier

nahezu

w e i ß e n L i c h t q u e l l e n in d e m s e l b e n V e r h ä l t n i s wie die in i h n e n

enthal-

tenen soll

1

)

Strahlen

zwischen

werden,

fand, der

Auge

das

nur

daß

dio

Gesamthelligkeiten /. =

Wollenlänge und

die

Photonieter

Strahlen

0 , 5 8 2 /t ein

dieser

stehen.

Demgemäß

Strahlenfilter

eingeschaltet

Wellenlänge

hindurchläßt,

so

d a ß d a s A u g e n u r diese S t r a h l e n d e r b e i d e n L i c h t q u e l l e n zu v e r g l e i c h e n hat.

Das

F i l t e r wird h e r g e s t e l l t ,

Flüssigkeit bringt,

wasserfreiem Eisenchlorid in so viel d e s t i l l i e r t e m 15° C 1 0 0 c o m

Stärke

des

zwischen

man

Glastrog

eine

suhliniiertem,

und 2 7 , 1 9 1 g kristallisiertem

Nickelehlorür

Die

bereitet

wird,

Flüssigkeit

i< d u r c h ;

läßt

daß alle

bei 0 , 5 8 2 /* b e s t e l l t

Glastroges Auge

in e i n e n

von 22,321 g

Wasser

beträgt.

0 , 6 3 0 // u n d 0 . 5 3 4 Einschaltung

indem

welche durch Auflösen

das V o l u m e n Strahlen

ein M a x i m u m .

mit e i n e r F l ü s s i g k e i t s s c h i c h t

und

Photonieter

m i t der H e f n o r l a m p e direkt

kann

bei

zwischen

man

eine

Bei

von 7 m m Bogenlampe

vergleichen.

.Nach e i g e n e n V e r s u c h e n

U p p e n h o r n s w i r d die E i n s t e l l u n g

die V e r w e n d u n g des F i l t e r s a l l e r d i n g s s i c h e r e r .

durch

D u r c h das E i n s c h a l t e n

des S t r a h l e n f i l t e r s wird i n d e s s e n bei n o r m a l e r B e l e u c h t u n g des P h o t o n i e t e r s so viel L i c h t kompensiert sein,

wenn

wird.

absorbiert,

daß hierdurch

Das Crovafilter kann

s t a r k e

Lichtquellen

der Gewinn

miteinander

zu

der Carcellanipe

mit

dem

l =

Sonnenlicht

als

Nutzen

vergleichen

Ü b r i g e n s ist zu b e d e n k e n , d a ß C r o v a den W e r t den V e r g l e i c h

mehr

also nur dann von

sind.

0 , 5 8 2 /« für

fand

und

daß

d i e s e r W e r t d e m n a c h n u r f ü r den V e r g l e i c h d i e s e r L i c h t q u e l l e n s t r e n g r i c h t i g sein k a n n . Strahlenfilters treffende

bei

dem Vergleichen

Werte gefunden

2. M a c é Messungen Zuerst

C r o v a g i b t a l l e r d i n g s a n , d a ß er m i t

auch

wird

de

die

Hilfe

seines

Lichtquellen

zu-

habe.

L é p i n a v

nacheinander eine

anderer

und

zwei

grünen

N i c a t i 2)

verschiedene Strahlen

wenden

bei

Flüssigkeitsfilter

durchlassende

30 mm

den an. dicke

S c h i c h t von Nickelchlorürlösung von 1 9 ° B e a u m é zwischen Auge und Photonieter

gebracht,

dann

lösung von 3 8 ° B e a u m é , I s t R die L i c h t s t ä r k e , wurde

eine e b e n s o dicke S c h i c h t

w e l c h e n u r die r o t e n S t r a h l e n

die b e i d e r M e s s u n g

u n d Gr die L i c h t s t ä r k e

Gesamtlichtstärke

J

ohne

im

grünen Licht,

hindurchläßt,.

roten Licht

erhalten

so i s t die

gesuchte

Strahlenfilter

J = k • R

2)

im

Eichenchlorid-

1)

Crova, Coinptes R e n d u s 9 3 . S. 512. 1881. » 5 . S. 1 2 7 1 . 1 8 8 2 . 99. S. 1067. 1884. Macé de Lépinay und X i c a t i , Coinptes R e n d u s 9 7 . S. 1428. 1 8 8 3 .

§ 116.

287

F a r b i g e Mittel.

Der F a k t o r k ergibt sich aus folgender Gleichung 1 . k= . 1 + 0,208 | i

2)

-

Die .Größe des k o n s t a n t e n F a k t o r s 0,208 h ä n g t von der F o r m der K u r v e der Helligkeitsverteilung im S p e k t r u m der zu u n t e r s u c h e n d e n Lichtquelle im Vergleich zur F o r m der K u r v e der Helligkeitsverteilung im S p e k t r u m der als Vergleichseinheit-gewählten Lichtquelle ab. Dieser Methode h a f t e t der Mangel an, d a ß sich aus den Lichts t ä r k e n dos roten u n d g r ü n e n Lichtes noch kein genügend sicherer Schluß auf die L i c h t s t r a h l u n g des g e s a m t e n S p e k t r u m s ziehen l ä ß t . Man denke; z. ß . an die Q u e c k s i l b e r d a m p f l a m p e in Glasröhre, welche keine r o t e n Strahlen aussendet. T r o t z d e m hat sich diese Methode in der ihr von Weber gegebenen A b ä n d e r u n g in D e u t s c h l a n d sehr eingebürgert. 3. L. \Y e h e r ersetzte die beim E x p e r i m e n t i e r e n i m m e r h i n u n b e q u e m e n und veränderlichen Flüssigkeiten durch eine rote und grüne Glasplatte. Das rote Glas läßt nur Lieht von den Wellenlängen / — 0,687 /< bis /. = 0 , 6 3 0 / / h i n d u r c h : das M a x i m u m der Helligkeit hegt bei ). = 0.656 it. Das grüne Glas läßt Licht von den Wellenlängen zwischen / = 0,577 /( bis /. = 0,516 /; h i n d u r c h mit einem M a x i m u m bei a = 0,5 / i7 u. Man m a c h t zuerst eine Einstellung mit v o r g e s c h a l t e t e m r o t e n Glase und erhält die L i c h t s t ä r k e R. Dann e n t f e r n t m a n das rote Glas und m a c h t eine Einstellung mit dem grünen Glase; sie ergebe die L i c h t s t ä r k e Gr. Hierauf bildet man den Gr Quotienten u n d e n t n i m m t aus der folgenden Tabelle den F a k t o r k. D a n n ist die gesuchte G e s a n i t l i c h t s t ä r k e J J = k- R Weber hat für Glühlampen folgende Tabelle aufgestellt. Gr Ii

k

o,:i 0,4 0,5 0,6 0,7

0,50 0,56 0,64 0,72 0,80

bei

Gr R 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

') L. W e b e r , E . T . Z . 5. S. 166. 18S4.

3) verschiedener

k 0,87 0,94 1,00 1,08 1,15

Gr R i,:i 1,4 1,5 1,6 1,7

Beanspruchung

k 1,22 1,28 1,:!4 1,40 1,46

288

X I I I . K a p i t e l . D a s Vergleichen v e r s c h i e d e n f a r b i g e ] ' L i c h t q u e l l e n .

Die Fortsetzung dieser Tabelle ist für Bogenlicht und Tageslicht bestimmt. Gr

Ri 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,1! 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0

Gr Ii

k

1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80 1 84 1,88 1,92 1,96 1,99 2,02

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4.1 4,2 4,3

k

2,05 2,08 2,11 2,15 2,18 2,20 2,24 2,27 2 30 2,33 2,36 2,39 2,41

Gr

k

4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5

2,44 2,47 2,49 2,52 2,55 2,57 2,60 2,62 2,64 2,67 2,69 2,71

Beispiel: Ks sei die Lichtstärke einer Glühlampe mittels des roten Filters bestimmt zu R — 14,7 HK und mittels des grünen Filters zu . = 18/1 = 1 , 2 3 . Dem Quotienten — V R 14.7 ' R = 1,23 entspricht in der Tabelle k — 1,15 bis 1,22 oder interpoliert 1.17. Die gesuchte Lichtstärke J ist daher nach Gleichung 3):

Gr = 18,1 HK.

Dann ist

Gr

./ = R • k = 14,7 • 1.17 = 17,2 H K . k ist für Lichtquellen, deren Farbe rötlicher als die der Benzinkerze ist kleiner als 1, für Lichtquellen, deren Farbe weißlicher ist, größer als 1. Weiteres über den Faktor k s. S. 297. 4. E i n f a r b i g e r G 1 a s s c h i r ni wird in der Reichsanstalt nach Liebenthal 1 ) verwendet, wenn man auf einer geradlinigen Photometerbank ein Lummer-Brodhunsches Photometer benutzen will und Lichtquellen (Bogenlampen) zu photometrieren hat, die in ihrer Färbung von der Hefnerlampe oder der mit ihr gleichfarbigen Gebrauchsnormale abweichen. Je nach Bedarf wird eine mehr oder minder stark bläulich gefärbte Glasplatte zwischen Photometer und Gebrauchsnormale eingeschaltet, so daß beide Felder des Photometers möglichst gleich gefärbt erscheinen. Durch die gefärbte Glasplatte ») E . L i e b e n t h a l , P r a k t i s c h e P h o t o m e t r i e S. 231. F r . Vieweg & Solin.

B r a u n s c h w e i g ' 1907 bei

§ 116.

289

Farbige Mittel.

wird die Beleuchtung des von der Vergleichslichtquelle beleuchteten Photometerfeldes geschwächt. Der Schwächungsgrad des Lichtes durch die gefärbte Glasplatte wird entweder bestimmt, indem man nacheinander die Lichtstärke der Vergleichsnormale ohne gefärbte Glasplatte mit der Lichtstärke der Hefnerlampe vergleicht und dann gesondert das Durchlässigkeitsvermögen Dn der gefärbten Glasplatte für die Strahlenart der Vergleichsnormale bestimmt, oder indem man direkt die Vergleichsnormale einschließlich gefärbter Glasplatte mit der Hefnerlampe vergleicht. Liebenthal zieht diesen letzteren Weg vor, wobei die Vergleichsnormale und das Photometer fest miteinander verbunden sein sollen und entwickelt folgende Beziehungen. Es bezeichne J die Lichtstärke der Hefnerlampe, J1 die aus der Luftfeuchtigkeit berechnete Lichtstärke der Hefnerlampe r sei der Mittelwert aus den in beiden Lagen des Photometers bei Anwendung der Umlegungsmethode gefundenen Abständen zwischen der Hefnerlampe und dem Photometer, rl sei der entsprechende Mittelwert für dann ist: 4)

J = I±.r* ri 2

Durch die Umlegungsmethodc erhält man eine von der Ungleichseitigkeit des Photometers unabhängige Konstante E.

Es ist E =

Demnach wird: J = E r-.

r

\

Man braucht also nur die Größe E zu kennen. Aus E kann man auch die Größe D n • J n berechnen, wenn J n die Lichtstärke der Vergleichsnormale ist, denn es gilt: f ^n ""\rn—W ^ wenn d die Dicke der Glasplatte in Millimeter und rn die E n t f e r n u n g der Vergleichsnormale vom Photometerschirm ist. Der hierbei notwendige Vergleich verschiedenfarbigen Lichtes braucht nur von Zeit zu Zeit ausgeführt werden, wobei jedesmal mehrere Beobachter einstellen sollen und aus ihren Beobachtungen das Mittel zu nehmen ist. Hyde führte diese Methode blaue Schirme beim Photometrieren von Bogenlampen zwischen Vergleichslichtquelle und Photomsterschirm einzuschalten im Bureau of Standards in Washington ein. Cady 1 ) schlug vor, derartige Schirme auch zu verwenden, wenn eine Wolframlampe mit ihrem weißlichen Licht gegen eine KohlenF . E. Cady, Electrical World 54. S. 195. 1909. Uppenborn-II onasch,

Lehrbuch der Photometrie.

19

290

X I I I . Kapitel. D a s Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen.

fadenglühlampe mit ihrem gelblichen Licht verglichen werden soll. Es ist in diesem Falle nur ein kleiner Teil gelber Strahlung von der Kohlenfadenlampe zu absorbieren oder was in der Wirkung gleichkommt, etwas blaue Strahlung hinzuzufügen. Auf diese Weise stufte Cady eine Reihe von Schirmen ab, die gleiche Färbungen auf den beiden Photometerseiten ergaben, wenn auf der einen Seite als Vergleichslichtquelle eine 4 - W a t t Kohlenfadenglühlampe stand, auf der anderen Seite je eine 3,5 W a t t - bzw. 3,1 Watt-Kohlenfadenlampe, 2,5 W a t t metallisierte Kohlenfadenlampe, 2 W a t t - T a n t a l l a m p e und 1,25 W a t t Wolframlampe. Den Absorptionskoeffizienten des farbigen Schirmes bestimmt Cady in der Weise, daß er zu einer elektrischen Normalglühlampe, deren Spannung bei bestimmtem spezifischen Effektverbrauch bekannt ist, die Spannung einer Vergleichslampe derart bestimmt, daß sie dieselbe F ä r b u n g wie die Normallampe ergibt. Die Vergleichslampe wird auf die andere Seite des Photonieters gestellt. Dann wird der f a r b i g e S c h i r m zwischen Normalglühlampe und Photometer gestellt und eine Reihe von Ablesungen vorgenommen. Hierauf wird der farbige Schirm entfernt und an seine Stelle eine Sektorenscheibe mit solcher Öffnung gebracht, daß die Beleuchtung des Photometerschirmes auf denselben Wert herabgemindert wird, der sich bei Anwesenheit des farbigen Schirms ergeben hatte. Hieraus läßt sich die Schwächung berechnen. Die Beobachtung muß von vielen Beobachtern wiederholt werden, und der Mittelwert aller Mittelwerte dürfte dann einen Wert ergeben, der dem eines idealen normalen Auges entspricht. Cadvs Vorschlag geht weiter dahin, daß ein in dieser Weise von unabhängiger Stelle sorgfältig geprüfter farbiger Glasschirm in anderen Ländern ebenfalls von unabhängigen Stellen geprüft wird und daß aus den Werten aller Prüfstellen dann der Mittelwert als Absorptionskoeffizient mit gewissermaßen internationaler Bedeutung gewonnen würde. Von derartig geprüften farbigen Schirmen könnten dann beglaubigte gleichartige Stücke jedem Laboratorium zugänglich gemacht werden, wodurch sich eine große Gleichförmigkeit in der Photometrie verschiedenfarbigen Lichtes erreichen ließe. Fabry 1 ) will an Stelle der Glasschirme zwei Flüssigkeiten zwischen Vergleichslampe und Photometer einschalten. Die eine Flüssigkeit, eine Lösung von kristallinischem Kupfersulfat in Ammoniak und Wasser, sollte das rote Ende des Spektrums, die andere Flüssigkeit, Ch. Fabry, Comptes R e n d u s 137. S. 743. 1903. Beiblätter 2S. S. 354. 1904.

§ 117.

Kompensation.

291

eine L ö s u n g von Jod und J o d k a l i u m in Wasser, sollte das blaue E n d e des S p e k t r u m s absorbieren. Durch Ä n d e r u n g der Schiehtdicke bzw. der K o n z e n t r a t i o n der Lösungen soll sich jede beliebige F ä r b u n g des Feldes erzielen lassen. Dieses V e r f a h r e n ist viel u m s t ä n d l i c h e r beim E x p e r i m e n t i e r e n als die A n w e n d u n g von Glasschirmen, welch letztere a u ß e r d e m nicht im geringsten solchen Ä n d e r u n g e n u n t e r worfen sind wie Flüssigkeiten.

§ 117.

Kompensation.

W y b a u w 1 ) gab im J a h r e 1885 eine Möglichkeit an ohne farbige Mittel verschiedenfarbige Lichtquellen zu vergleichen, i n d e m er von den beiden Seiten des Photonieterschirnies die eine direkt d u r c h die zu u n t e r s u c h e n d e Lichtquelle (Bogenlampe) beleuchten ließ, w ä h r e n d die a n d e r e durch einen b e k a n n t e n Bruchteil des Lichtes der Bogenl a m p e und gleichzeitig auch durch Licht von der Vergleichslichtquelle (Carcellampe) beleuchtet wurde. E m p f ä n g t die eine Vergleichsfläche des P h o t o m e t e r s 75°„ Licht von der B o g e n l a m p e und 2 5 % Licht von der Carcellampe. so h a t man nicht mehr bläuliches Licht mit rötlichem Licht zu vergleichen sondern eine L i c h t f ä r b u n g , die dem reinen Bogenlieht ähnlicher ist. W y b a u w k o m p e n s i e r t also den Farbenunterschied. W y b a u w v e r w e n d e t e ein F o u c a u l t s c h e s P h o t o n i e t e r . E i n wesentlicher l b e i s t a n d seiner A n o r d n u n g b e s t a n d darin, d a ß die zu u n t e r s u c h e n d e Lichtquelle und die Vergleichslichtquelle nicht in g e r a d e r Linie mit der Mitte des P h o t o n i e t e r s c h i r m e s lagen. Zu einer p h o t o nietrischen Einstellung m u ß t e d a h e r die eine oder die a n d e r e Lichtquelle verschoben werden.

K r ü ß 2 ) v e r ä n d e r t e d a h e r das K o m p e n s a t i o n s p r i n z i p , i n d e m er eine A n o r d n u n g schuf, bei welcher die beiden L i c h t q u e l l e n in gerader Linie mit d e m P h o t o m e t e r s c h i r n i hegen u n d f e s t s t e h e n k ö n n e n , währ e n d zu einer Einstellung n u r das P h o t o m e t e r v e r s c h o b e n zu w e r d e n b r a u c h t . Die A n o r d n u n g von K r ü ß ist in Fig. 194 dargestellt. L1 und a

) J. Wybauw, Bulletin de la Société Belge d'Electriciens 12. S. 5. 1885. ) H. Krüß, Journal für Gasbeleuchtung 28. S. 685. 1885. 19*

2

292

X I I I . Kapitel. Das Vergleichen verschiedenfarbiger Lichtquellen.

L 2 sind die beiden zu untersuchenden Lichtquellen, F stellt den Photometerschirm dar, und A B ist ein Spiegel, welcher unter dem W i n k e l e gegen die Verbindungslinie Ll L2 geneigt ist. Der Photometerschirm empfängt dann einerseits direkt L i c h t von der Lichtquelle L 2 , anderseits auf dem Wege L2AF von dem Spiegel AB reflektiertes L i c h t von L 2 sowie direktes L i c h t von der Lichtquelle Lv E s bedeute a den horizontalen A b s t a n d zwischen Spiegelachse und Photometerschirm und / das Reflexionsvermögen des Spiegels. Dann ist nach Strecker1) r2 1 1 J1 • k -, , - •, wobei k -— ^—;—; k— ist. J, 1 -)- / • cos 2 £ f-k-tp' 1 + e muß zwischen 60° und 70° liegen, und die Entfernung der zu messenden Lichtquelle L2 vom Photometerschirm muß zwischen 10 und 15 a liegen. F ü r die Werte von