A,

s i

I jf!nbsp;V

''M

W

■ -v-'v-nbsp;■ -'Vf^'IJW

., •.gt; . : ,1 ■ •,■!■ .lt;/quot;; t-■ gt;.

-.^i/v

. ' . ■ ' ■ - -
..'••■ï .nbsp;,nbsp;-'-A-

- ^ / ■ •

' V

; ï ■■

;, ■•/

.'À.;;, .•/.

Vt :

DE METING VAN HET DIËLEKTRIESE
VERLIES VAN MINERALE OLIËN

PROEFSCHRIFT

TER VERKRIJGING VAN DEN GRAAD VAN DOCTOR
IN DE WIS- EN NATUURKUNDE AAN DE RIJKS-
UNIVERSITEIT TE UTRECHT, OP GEZAG VAN DEN
RECTOR-MAGNIFICUS Dr. L. S. ORNSTEIN, HOOG-
LEERAAR IN DE FACULTEIT DER WIS- EN NATUUR-
KUNDE, VOLGENS BESLUIT VAN DEN SENAAT
DER UNIVERSITEIT TEGEN DE BEDENKINGEN VAN
DE FACULTEIT DER WIS- EN NATUURKUNDE TE
VERDEDIGEN OP WOENSDAG 6 JULI 1932 DES NA-
MIDDAGS TE 4 UUR, DOOR
JAN LOUIS HIDDINK,

GEBOREN TE DOETINCHEM

DRUKKERIJ O. J. WILLEMSE, DOMPLEIN tl UTRECHT 1932.

BIBLIOTHEEK DER
RIJKSUNIVERSITEIT
UTRECHT.

.3amp;3îî1Tgt;i3j3lQ T3H HAV .,0M!T3M '

• •nbsp;Tï'iT st'iA ;nbsp;? .^t

Iv; :'::^'mjji
:.ïr j-W'-''ir^i-'ï.({

• quot; 'nbsp;: .il

At' •

Aan mijn ouders.
Aan mijn verloofde.

Bij het beëindigen van mijn akademiese studie betuig ik gaarne
mijn oprechte dank aan U. Oud-Hoogleeraren, Hoogleeraren en
Lektoren in de fakulteit van Wis- en Natuurkunde voor het ge-
noten onderwijs.

In het hiezonder dank ik U, Hooggeleerde Ornstein, Hoogge-
achte Promotor, voor de voortdurende hulp en steun, die ik bij mijn
werk mocht ondervinden.

Waarde ter Horst, Ginsel en Mulders, mijn hartelike dank voor
Uw welgemeende vriendschap. De bereidwilligheid, waarmee Gij
mij steeds terzijde hebt gestaan, stemt mij tot grote dankbaarheid.

Gaarne betuig ik mijn erkentelikheid aan de Bataafse Petroleum
Maatschappij voor het verstrekken van de verschillende oliën.

: î -
i '

itr:-' ■ ■

^inn^ö-^ i% ^yisi-s-l •ï^ï.n-^vnbsp;• i'ÄfW

.«iW-Onbsp;f .' tfV.....i'l-t

■ ■ ■ V'-./v

inhoud.

hoofdstuk l

Pag.

Inleiding................................g

De thermiese verliesmeting aan minerale oliën en olie-
benzol mengsels.............] j

A.nbsp;De opstelling..............j j

De generator...............1 j

Het meetvat...............13

De ontvanger...............15

De frequentie-meter.............]5

De ijking van de frequentie-meter........17

B.nbsp;De verliesmeting.............13

De gebruikte oliën.............18

Verliesmeting aan olie Il-benzol-mengsels.....23

hoofdstuk ii.

Polarisatie-metingen aan minerale oliën......28

Inleiding................28

Meetmethode A..............29

De generator...............29

De meetkondensator............30

De meting................31

Toepassing van de theorie van Debye op olie V . . .nbsp;34

Meetmethode B..............35

Inleiding...............:nbsp;35

De meting................35

De berekening van het gemiddelde dipoolmoment van

het niet-geassocieerde molekuul van olie V . . . .nbsp;^q

De meting van de diëlektriese-konstante in sterke veldennbsp;49

De opstelling...............4I

De meting................42

hoofdstuk iii.

Inleiding................44

De opstelling...............46

De meetkondensator............47

De triode-voltmeter.............48

De ijking van de triode-voltmeter........49

De meting................49

Pag.

De verlieshoekmeting aan olie V en destillaten van

olie V................51

De verlieshoekmeting aan olie IV en geoxydeerde

olie IV............' . . . . 55

De verlieshoekmeting aan glycerine.......57

De verlieshoekmeting aan nitro-benzol en zwavelkool-
stof .................60

hoofdstuk iv.

De toetsing van de therraiese verliesmeting en de ver-
lieshoekmeting .............62

Zusammenfassung.............65

inleiding.

Wanneer een isolerende stof zich bevindt in een wisselend
^lektries veld, dan blijk dat het diëlektrikum energie absorbeert.
Deze absorptie hangt zowel van de sterkte van het veld als van de
frequentie af.

Voor de verschiilende diëlektrika loopt de absorptie echter zeer
sterk uiteen. Ter verklaring van dit verschijnsel bij vaste (niet
vloeibare) diëlektrika zijn enige theoriën opgesteld, die alle wel
is waar een kwalitatieve overeenkomst met het experiment geven,
doch waarbij van hypothesen wordt uitgegaan, die slechts voor
enkele stoffen aannemelik zijn. Zo berust de theorie van Wagner i)
op de inhomogeniteit van de media. Hij toont aan, dat een inhomo-
geen medium gelijkwaardig is met een medium dat uit homogene
Jagen bestaat.

, Voor vloeibare diëlektrika kunnen deze opvatingen niet gehand-
haafd worden. Verder spelen in deze theoriën noch de tempera-
tuur, noch de viskositeit een rol, wat geheel in strijd is met de
werkelikheid.

Debye 2) heeft echter een verklaring gegeven voor de optredende
verschijnselen bij vloeistoffen, door uit te gaan van de molekulaire
eigenschappen van de stof. Daarbij toont hij aan, dat het karakte-
ristieke voor de absorptie hierin gelegen is, dat de molekulen een
konstant elektries moment hebben. Hij heeft, om het probleem
mathematies oplosbaar te maken, enige onderstellingen over de
inwendige veldverdeling moeten invoeren, waaraan bij vele vloei-
stoffen zeker lang niet altijd voldaan is.

In dit proefschrift wordt nu de energie absorptie in minerale
oliën besproken wanneer deze zich bevinden in een wisselend
elektries veld. Bovendien is nagegaan in hoeverre de resultaten in
overeenstemming zijn met de dipooltheorie van Debye.

Voor de absorptie-metingen zijn twee verschillende meetmetho-
des gebruikt. In hoofdstuk I is een opstelling beschreven, waarbij
de absorptie, die zich als een warmte ontwikkeling manifesteert,
thermo-elektries gemeten wordt.

Ter onderscheiding van de tweede meetmethode is deze de
..thermiese-verliesmetingquot; genoemd.

Hoewel deze meting zeer eenvoudig en overzichtelik is, en het
verlies als zodanig „direktquot; gemeten wordt, heeft ze een prakties
bezwaar, n.1., dat het soms niet mogelik was voldoend hoge span-
ningen te krijgen, die voor enkele stoffen nodig waren.

Daarom is later overgegaan tot een opstelling zoals Weyers 3)
ook gebruikte bij zijn absorptie metingen aan vaste diëlektrika.

Hierbij wordt het verlies „indirektquot; gevonden door het meten
van een verlieshoek (zie hoofdstuk III). Verder is voor de ver-
verschillende oliën de polarisatie P bepaald, waaruit dan de
grootte van het gemiddelde dipoolmomentte berekenen is. (Zie
hoofdstuk II). Tevens is nagegaan of bij de ohën associatie op-
treedt.

Het grote bezwaar tegen alle theoretiese beschouwingen is, dat
deze slechts gelden voor „ideale monomolekulaire vloeistoffen,quot;
zodat we zeker geen kwantitatieve overeenkomst met de theorie
mogen verwachten. Bovendien is van alle oliën de chemiese samen-
stelling zo goed als onbekend en weten we alleen, dat sommige
uitsluitend uit alifaten, andere hoofdzakelik uit aromaten bestaan.

De verkregen resultaten kloppen echter volkomen met elkaar en
zijn kwalitatief geheel in overeenstemming met de dipooltheorie
van Debye.

In hoofdstuk IV is de kwantitatieve overeenkomst van de resul-
taten, met beide verliesmetings opstelHngen verkregen, aange-
toond.

HOOFDSTUK 1.

De thermiese verlicsmetingen aan minerale oliën en
olie-benzol mengsels.

A. De opstelling.

Zoals in de inleiding reeds is medegedeeld, was het doel de
warmteontwikkeling in minerale oliën te meten, wanneer deze zich
bevinden in een wisselend elektries veld. Deze warmteontwikke-
ling werd gemeten met behulp van een thermoelement.

De gebruikte wisselstromen werden opgewekt door middel van
«en triodegenerator. De elektromagnetiese straling van deze
triodegenerator werd met een ontvangaparaat opgevangen.

Hiermede was een frequentiemeter los gekoppeld.

De generator.

De generator (fig. 1) bestond uit een 150 Watt triode A. In de
plaatkring van deze triode was een trillingsketen opgenomen, die
bestond uit de verstelbare zelfinduktie L^ en kapasiteit Ci. Ten-
einde de trillingen in de keten te onderhouden, werd zij met behulp
van spoel B gekoppeld met de roosterkring.

stroomdynamo S. De dynamo werd tegen de hoogfrequente stro-
men beschermd, door een kondensator D. van M ^ parallel op
de aansluitingen te schakelen. De anodestroom werd gemeten met
een milliampèremeter mA^, die aan de aardezijde van de 2000 Volt
was geschakeld.

Om de roosterstroom te kontroleren, was in de roosterkring een
milliampèremeter mA^ opgenomen, waarbij in shunt een konden,
sator E was aangebracht. De karakteristiek van de triode maakte
het noodzakelik om het rooster een positieve spanning van 20 Volt
ten opzichte van het midden van de gloeidraad te geven. De gloei-
stroom voor de triode werd geleverd door twee in serie gescha-
kelde transformatoren T. De primaire winding van de transforma.
toren was aangesloten op de 125 Volt/50 perioden van het stads-
net. De sekundaire klemspanning bedroeg 20 Volt. Daar de gloei-
spanning geregeld moest kunnen worden van 12 Volt tot 15 Volt,
werd de stroom van het 125 Volt-net over een regelbare weer-
stand R aan de klemmen van de primaire winding van de transfori
matoren toegevoerd. De gloeispanning werd op een hittedraad-

voltmeter V afgelezen.

De in de trillingskring L^Cy optredende wisselende spanningen
waren te regelen door de gloeispanning van de triode A te varie-
ren. Het bleek echter dat deze spanningen te klein waren voor de
metingen.

Om bruikbare spanningen te verkrijgen werd gewerkt met een
tweede trillingskring (meetkring), die met de eerste kring gekop-
peld werd.

Deze meetkring was samengesteld uit een veranderlike zelfinduk-

tie L2 en kapasiteit Co.

Het aantal wikkelingen van L. was ongeveer vier maal zo
groot als dat van L^. Co had een maximale kapasiteit van 250 cm.

Om doorslag te voorkomen werd de kondensator Co in een
oliebad geplaatst. Parallel op de kondensator Co waren nog de
meetkondensator C3 en een statiese voltmeter K geschakeld. Deze
voltmeter had een meetbereik van 1000 Volt tot 5000 Volt.

Met behulp van de veranderlike kondensator Co werd de meet-
kring in resonantie gebracht met de generatorkring L^Ci, teneinde
op deze wijze maximale energie in de meetkring te krijgen.

Voor sommige metingen was het nodig de spanning boven de

5000 Volt op te voeren. De 'zo even genoemde voltmeter werd dan
vervangen door een elektrometer, nauwkeurig in het gebied van
.3000 Volt tot 10.000 Volt.

Het meetvat.

Pig. 2 geeft een doorsnede van het gebruikte meetvat. Dit be-
stond uit twee cirkelvormige messing elektroden A en 5. De elek-
trode A had een diameter van 10 cm., terwijl de doorsnede van de
elektrode B 6 cm. bedroeg.

Van beide elektroden waren de randen rondgebogen om hoge
veldsterkten en dus dientengevolge doorslag te vermijden.

Op de onderste elektrode was een glazen cylinder C gekit van
8 cm. doorsnede en 3 cm. hoogte, zodat dit geheel het te onder-
zoeken diëlektrikum kon bevatten. Op de bovenste elektrode B
was verder een glazen cylindertje D gekit met een hoogte van 4
■cm. en een doorsnede van 1,5 cm. Aan dit cylindertje waren onder

Hg. 2.

120° drie glazen armpjes E gesmoften. Deze armpjes rustten op de
glazen cylinder C en zorgden dus tevens voor een onveranderlike
afstand der elektroden. Deze afstand bedroeg 4 mm. Op het cylin-
dertje D werd een messingknop F geplaatst. Aan de bovenzijde
van F bevond zich een opening die met kwik gevuld was.

Op de bodem van het cylindertje D bevond zich een weinigje
kwik. Hierin hing een zeer dun koperdraadje dat gesoldeerd was
aan de onderzijde van de knop F. Zodoende werd een goede elek-
tries geleidende verbinding verkregen tussen de elektrode B en de
knop F, terwijl de warmte geleiding tot een minimum beperkt
werd.

In de elektrode A waren aan de onderzijde drie zeer fijne naald-
vormige pootjes G gesoldeerd. Hiermee rustte het gehele meetvat
op een glazen plaat, die op de bodem van een thermostaat lag. Op
deze thermostaat wordt in het volgende nog terug gekomen. Om
de warmtegeleiding van de onderelektrode A naar de bodem van
de thermostaat zo gering mogelik te maken, waren de pootjes G
naaldvormig gemaakt.

Verder waren aan de onderelektrode A drie draadjes gesoldeerd
namelik twee koperdraadjes, in de figuur 2 aangegeven met 1 en 2
en een konstantaan draadje 3.

Het koperdraadje 1 diende als verbinding van de elektrode A
met de meetkring, terwijl de draadjes 2 en 3 deel uitmaakten van
het thermoelement. De andere zijde van het konstantaandraadje
was gesoldeerd aan een messingblokje H, dat zich bevond in een
bekerglaasje I. Dit werd, evenals het meetvat, gevuld met het te

onderzoeken diëlektrikum.

Vanaf het messingblokje H voerde een koperdraadje 4 naar
één van de twee aansluitklemmen, die op een ebonieten plaatje
aan de binnenwand van de thermostaat bevestigd waren. Het
draadje 2 werd aan de andere aansluitklem verbonden. Door de
wand van de thermostaat leidde een dubbele draad de optredende
thermostroompjes naar een Moll-galvanometer.

Om de warmtegeleiding tegen te gaan, waren de draadjes 1, 2
en 3 heel dun gekozen. Omdat bij de onderzoekingen slechts tem-
peratuursverschillen gemeten werden tussen de stof die zich be-
vond in het meetvat en de stof die aanwezig was in het beker-
glaasje, moest er dus voor gezorgd worden, dat eventueele tempe-
ratuursschommelingen van buiten op beide thermoelementkontak-
ten dezelfde invloed hadden. Om dit te bereiken waren de grootte
van het messingblokje H, de hoeveelheid vloeistof in het beker-
glaasje I en in het meetvat, dusdanig gekozen, dat de water-
waarde van het gevulde meetvat gelijk was aan de waterwaarde
van het messingblokje H plus bekerglaasje I. gevuld met vloeistof.

Om grote temperatuursveranderingen van buiten te vermijden
was het meetvat benevens het bekerglaasje / in een thermostaat
geplaatst zooals hierboven vermeld werd.

Deze thermostaat bestond uit een dubbelwandige houten kist,
waarvan de tussenruimte was opgevuld met kurk. Deze kist werd

van boven afgesloten door een eveneens dubbelwandige deksel,
Een opening in het midden van de deksel diende om een koperen
staaf, omgeven door een dikke ebonieten omhulling, door te laten.
Deze staaf voerde de spanning toe naar de knop F.

De ontvanger, (fig. 3).

Om de frequentie van de generator te kunnen bepalen was het
nodig de elektriese golven, die door de generator uitgestraald
quot;w^erden, op te vangen. Dit geschiedde door middel van een elek-
triese trillingskring T, die aan de ene zijde verbonden was met
een kleine antenne A, terwijl de andere zijde van de trillingskring
aan aarde was gelegd. Met behulp van een triode F, waarvan het
rooster via een kondensator van 200 cm verbonden was met de
trillingskring, werd de in de trillingskring optredende wisselstroom
gelijkgericht en vervolgens in twee trappen versterkt. In de plaat-
kring van de tweede versterkertriode was een luidspreker L ge-
plaatst.

Een schema (fig. 3) moge ter verduideliking dienen.

De frequentiemeter.

Als frequentiemeter werd een kleine generator gebruikt. De
uitgestraalde frequenties moeten zeer konstant zijn. Derhalve kon
een generator zoals in fig. 1 is aangegeven niet gebruikt worden.
Hier is namelik de koppeling tussen de trillingskring en het

rooster van de triode niet voldoende konstant. zodat frequentie-
veranderingen optreden. Tevens bleek dat een generator volgens
het schema in fig. 1 niet geheel vrij van boventonen is. Deze boven-
tonen waren wel is waar van geringe intensiteit. Zij mogen echter
bij een frepuentiemeter niet voorkomen, omdat zij daar tot een
foutieve bepaling van de frequentie zouden kunnen voeren. Een
schakeling, die bovengenoemde bezwaren niet heeft, is in fig. 4
weergegeven.

Fig. 4.

Als generatorlamp deed een dubbelroosterlamp (Philips A 441)
dienst.

De anodespanning werd door een Varta akkumulator B^ van
20 Volt geleverd. Het voorrooster was over de zelfinduktie L met
de anode verbonden. De gloeistroom werd verkregen van een akku-
mulator B„ van 4 Volt.

Door middel van een regelbare weerstand R was het mogelik de

gloeispanning nauwkeurig in te stellen.

Deze gloeispanning werd afgelezen op een Voltmeter V en voort-
durend op 3,6 Volt gehouden.

In de trillingskring van de frequentiemeter werden spoelen ge-
bruikt van het honigraat type. De in de trillingskring opgenomen
kondensator was variabel en had een maximale kapasiteit van

500 cm.

Op de as van de draaibare platen van deze kondensator was een
schijf bevestigd, voorzien van een zeer fijne schaalverdeling.

Bovendien was een nonius aangebracht. Hierdoor kon de stand van
de kondensator heel nauwkeurig afgelezen worden.

De ijking van de [reguentiemeter.

Om de frequentiemeter te ijken, werd deze geplaatst op enige
meters afstand van het ontvangtoestel, daar de koppeling met de
ontvanger niet te groot mocht zijn. Is dit n.1. niet het geval, zo zal
bij een kleine verschuiving van het toestel of een verandering in de
trillingskring van de ontvanger ook de frequentie van de frequentie-
meter veranderen. Het ontvangtoestel werd op een bekend omroep-
station ingesteld. De veranderlike kondensator van de frequentie-
meter werd nu zolang gedraaid, tot in de luidspreker een inter-
ferentie-toon waargenomen werd. De frequentie van deze toon is
gelijk aan het verschil tussen de frequenties van omroepstation
en meter.

De kondensator van de frequentiemeter werd nu zo ingesteld, dat
de interferentietoon verdween. De frequentie van de meter was dus
gelijk aan die van het omroepstation geworden. Daarop werd de
kondensatorstand en het nummer van de spoel, die in de trillings-
kring van de frequentiemeter was opgenomen, genoteerd.

Deze meting werd herhaald bij verschillende bekende omroep-
stations.. Voor iedere spoel kon op deze wijze het verband tussen
de frequentie van de meter en de stand van de veranderlike konden-
sator in grafiek gebracht worden.

Aldus werd een geijkt frequentiegebied verkregen, dat liep van
I.S.IOquot;^ perioden/sekonde tot 1,5.10quot; perioden/sekonde. Om de
meter voor een groter gebied te ijken, werd een kleine generator
een groot aantal boventonen gebouwd. Deze generator werd
Vervolgens zo ingesteld, dat de grondfrequentie in het gebied van
1,5.10=—1.5.10« perioden/sekonde viel.

Deze frequentie kon met behulp van de ontvanger en meter
nauwkeurig bepaald worden.

Daarna werd met de ontvanger de eerste boventoon opgezocht,
e frequentiemeter hierop ingesteld en het nummer van de spoel
^n de kondensatorstand weer genoteerd. Op dezelfde wijze werd
gehandeld bij de verdere boventonen.

^m het gebied naar lagere frequenties uit te breiden werd de
reeds genoemde generator zo ingesteld, dat enkele boventonen in

voor werd undecaan gekozen. De resultaten die hierbij verkregen
werden staan in tabel II.

TABEL II.

Deze uitkomsten stemmen dus nagenoeg met die, aan olie IV

verkregen, overeen.

Hierdoor rees het vermoeden dat er storingen in het spel waren.
Daarom werden de metingen op dezelfde wijze herhaald, nu
echter zonder diëlektrikum in het meetvat. Deze resultaten waren
in volkomen overeenstemming met de waarden in tabel II.
Het was echter onmogelik deze storingen te elimineeren.

De waarden van J^^L gevonden voor oliën I, II en III
zijn voor deze storingen gekorrigeerd en respektivelik weergegeven
in onderstaande tabellen III, IV en V.

TABEL III.

TABEL IV.

TABEL V.

Uit deze tabellen blijkt dat het bij één bepaalde frequentie ge-
meten verlies per minuut, evenredig is met het kwadraat van de

spanning £. Dus is Yl^Ip^ voor iedere frequentie een konstante.

In kolom 5 van bovenstaande tabellen zijn deze konstanten weer-
gegeven, terwijl in kolom 6 deze waarden zijn uitgedrukt in de
grootheden Watt. minuut en Kilo Volt.

In fig. 5 zijn de waarden van Zij-

frequentie V.

voor werd undecaan gekozen. De resultaten die hierbij verkregen
werden staan in tabel II.

TABEL 11.

Deze uitkomsten stemmen dus nagenoeg met die. aan olie IV

verkregen, overeen.

Hierdoor rees het vermoeden dat er storingen in het spel waren.
Daarom werden de metingen op dezelfde wijze herhaald, nu
echter zonder diëlektrikum in het meetvat. Deze resultaten waren
in volkomen overeenstemming met de waarden in tabel II.
Het was echter onmogelik deze storingen te elimineeren.

'L- gevonden voor oliën I, II en

E-

zijn voor deze storingen gekorrigeerd en respektivelik weergegeven
in onderstaande tabellen III, IV en V.

TABEL III.

TABEL IV.

TABEL V.

Uit deze tabellen blijkt dat het bij één bepaalde frequentie ge-
nieten verlies per minuut, evenredig is met het kwadraat van de

spanning e. Dus isnbsp;voor iedere frequentie een konstante.

ïn kolom 5 van bovenstaande tabellen zijn deze konstanten weer-
gegeven, terwijl in kolom 6 deze waarden zijn uitgedrukt in de
grootheden Watt. minuut en Kilo Volt.

ïn fig. 5 zijn de waarden vannbsp;grafies uitgezet tegen de

frequentie v.

Met uitzondering van olie II hebben de krommen een kwadraties

karakter. Dit gedrag is in volkomen overeenstemming met de for-
mule die de dipooltheorie van Debye geeft. Voor deze theorie geldt:

e-^n'x'

Hierin betekent tg d de tangens van de verlieshoek, c de diëlek-
triese konstante, n de brekingsindex, ogt;2n maal het aantal perioden
van de wisselstroom per sekonde, t de z.g. relaxatie-tijd, n de
viskositeit, a de straal van het molekule, x de konstante van Boltz-
mann en T de absolute temperatuur.

In het hier gemeten frequentiegebied is echter n^nbsp;zoodat

de formule voor tg 6 overgaat in:

tg ö = cü r.
t-n' 6 2

een monotoom stijgende funktie

'•«2 — 2

van E.

Nu isnbsp;= 60 Cagt; tg (5.

quot;w^aarin C de kapasiteit van het gevulde meetvat voorstelt.

Dusnbsp;en^ = 60gt;l,Cr.

Voor een diëlektrikum met grotere diëlektriese konstante is dus
— bij één bepaalde frequentie groter, dan bij een diëlektri-
kum met kleinere c mits hun relaxatietijden x dezelfde zijn.

Zooals de formule laat zien. neemt r toe met toenemende visko-
siteit v^.

De polarisatie-metingen (zie fig. 10) tonen aan. dat de diëlek-
triese konstanten van de oliën I, II en III afneemt in de volaorde
n. I en III.

Dezelfde volgorde is voor de viskositeiten gevonden.

Kwalitatief zijn de resultaten dus in volkomen overeenstemming
®et de dipooltheorie van Delye. Het had geen zin voor alle
onderzochte diëlektrika te onderzoeken in hoeverre de uitkomsten
kwantitatief kloppen.

Het kwadratiese verband tussennbsp;en v is voor de olie V

nauwkeurig nagegaan (zie blz. 62).

^^rliesmeting aan olie Il-benzol mengsels.

Volgens fig. 5 bestaat

er voor de olie II een lineair verband tussen

minuut

— en j'.

Om nu na te gaan of dit te wijten kon zijn aan een biezondere
molekuul-groepeering in de stof, waardoor dan aan hypothesen in
ae dipooltheorie niet meer voldaan wordt, is olie II in verschillende
concentraties met benzol gemengd. Benzol werd gekozen omdat
het een niet polaire stof is.

Onderzocht werden de volgende koncentratie-verhoudingen.

O % II; \2y2 % II; 25 % II; 50 % II; 75 % II en 100 % II.
^ Het frequentiegebied van de wisselstroom liep van 2.0.104—

.0.104 perioden/sekonde. De resultaten zijn weergegeven in tabel

^^ en figuur 6. Ter afkorting is voornbsp;gezet V7£2 terwijl

v voorstelt het aantal perioden van de wisselstroom per sekonde.

TABEL VL

In figuur 6 zijn ook de waarden voor uitgezet, die bij kon-
stante spanning gevonden zijn. Deze blijken dus goed aan te
sluiten bij de waarden door lineaire extrapolatie van de gevonden
krommen verkegen.

Alleen bij zuivere benzol en zuivere olie II treedt een kleine
afwijking op. De uitlcömsten van V7£-voor benzol zijn onafhankelik

van V en zijn dus uitsluitend aan de geleiding toe te schrijven. Dat
hier geen dipooleffekt optreedt, was te verwachten, daar benzol
niet polair is.

Ook de kromme voor 123^2 % II verloopt nog horizontaal. De
krommen voor grotere koncentraties van II lopen in het gebied van
de lagere frequenties nog horizontaal, doch buigen bijquot; hogere
frequenties naar boven af, terwijl de zuivere olie II weer het lineaire
karakter toont. Het mengsel 75 % II heeft een duidelik kwadraties
verloop.

- De waarden van VjE'^ voor de verschillende mengsels gevonden
bij konstante spanning worden groter bij toenemende koncentratie
van II, bereiken een maximum bij 50 % en 75 % II en liggen bij
100 % II aanzienlik lager. Dit is een zuiver viskositeitseffekt op de
geleiding. Om dit aan te tonen, werd de viskositeit van de mengsels
•door middel van een doorstroomproef in een glazen buis gemeten.

De resultaten zijn in fig. 7 weergegeven.

so

60

70

JO
X
10

O 10 20 30 40 so 60 70 80 90 100

Fig- 7.

Langs de ordinaat-as zijn de tijden, die de mengsels gebruikten
'Om een bepaalde afstand te doorloopen, afgezet.

Bij V = O is VjE^ een maat voor de geleiding, immers het verlies
V=fIE.

Hierin is / de stroomsterkte door het diëlektrikum. E de aan-
gelegde spanning en ƒ een evenredigheidsfaktor. Dus VIE^ — f o

als 0 — -i— en R de weerstand van het diëlektrikum in Ohms-

R

voorstelt.

Uit de waarden van V/E- bij v = O in tabel VI en uit fig. 7 volgt,

dat bij benadering VjE^ bij y = O evenredig is met 1 als t] de vis-

kositeit van het diëlektrikum voorstelt.

Volgens de theorie van Debye ) betreffende de dispersie van het
geleidingsvermogen van elektrolieten in een wisselend elektries
veld, geldt dit tot zeer hoge frequenties, terwijl de geleiding bij

^ , waarbij p ligt

nog hogere frequenties evenredig is met
tussen 1 en 2.

De theorie van de dipolen levert echter dat VjE^ evenredig met
t] is

Alle waarden van tabel VI zijn nu gekorrigeerd voor de geleiding,
door de waarden vanV/£2bij v = O af te trekken van de waarden
die bij de andere frequenties gevonden zijn. De aldus verkregen
uitkomsten zijn te vinden in tabel VII.

TABEL VII.

Met behulp van fig. 7 zijn nu de waarden van Vyf-van de kon-
centraties 50 % II, 75 % II en 100 % II voor de viskositeit ge-

l^orrigeerd en terug gebracht tot de viskositeit van het mengsel
25 % II. door gebruik te maken van het feit, dat evenredig
met is.

Daar VIB — bO Ccotgó en C is de kapafiteit van het gevulde
meetvat. moesten dus de waarden van VjE^ ook nog gekorrigeerd
quot;Worden voor de verandering van de diëlektriese konstante.
Deze korreksiefaktoren waren de volgende:
Voor het mengsel 100 % II; 35 X 1,46 = 51
Voor het mengsel 75 % II; 7 X 1,32 = 9,3
Voor het mengsel 50 % II; 2 X 1,28 = 2,5
De gekorrigeerde uitkomsten zijn opgegeven in tabel VIII.

TABEL VIII.

Hieruit blijkt dus dat bij benadering V7£-evenredig met »; is en
at de gevonden verliezen niet door de geleiding veroorzaakt
borden, doch dipoolverliezen zijn.

HOOFDSTUK 11.

Polarisatie-metingen aan minerale oliën.

Inleiding: Om na te gaan in hoeverre de resultaten, bij de ver-
liesmetingen verkregen, in overeenstemming zijn met de dipool-
theorie van Debye, is het nodig van de oliën te onderzoeken of zij
al dan niet polair zijn; d.w.z. of de molekulen van de oliën al of niet
een konstant elektries moment fi hebben. Voor wij echter hierop
in gaan. zullen we een kort overzicht geven van de polarisatie-
theorie van Debye. Deze theorie berust op de wet van Clausius-
Mosotti. die als volgt luidt:

e-\-2 Q J

Hierin is:

P de molekulaire polarisatie
e de diëlektriese konstante
M het molekulair gewicht
Q de dichtheid
N het getal van Loschmidt
a de molekulaire polariseerbaarheid.

Debye toonde aan. dat de polariseerbaarheid a te splitsen is in 2
delen ai en a, ; a^ wordt veroorzaakt door de deformatie van de
molekulen. terwijl 03 met de oriëntatie van de molekulen. tenge-
volge van hun konstant elektries moment /i, samenhangt. Debye
vond voor de molekulaire polarisatie de volgende uitdrukking:

^ = 7 27- 3nbsp;\ 3KT

waarin K de konstante van Boltzmann en T de absolute temperatuur
voorstelt.

De bijdrage tot de molekulaire polarisatie, die toegeschreven
moet worden aan het oriëntatie-effekt van de molekulen, blijkt af
te hangen van de temperatuur. Deze formule is echter alleen geldig,
als het diëlektrikum voldoet aan de voorwaarde waarop de wet

van Clausius-Mosotti berust en wel, dat de molekulen elkaar niet
beïnvloeden.

Bovendien is bij de afleiding van bovenstaande formule onder-
steld, dat het diëlektrikum een monomolekulaire stof is.

Voor de bepaling van de polarisatie P was het dus nodig de
diëlektriese konstante e van de olie te kunnen meten. Dit ge-
schiedde met behulp van een elektriese trillingskring. Parallel op
de in deze kring opgenomen kondensator werd een meetkonden-
sator geschakeld, die de te onderzoeken olie bevatte.

In het volgende worden nu 2 methodes A en B besproken om
de polarisatie P te bepalen. Bij de eerste methode werd de diëlek-
triese konstante e gemeten als funktie van de temperatuur T,
terwijl met de tweede methode e gemeten werd als funktie van de
■dichtheid q. Daartoe werd de olie opgelost in een niet polaire
vloeistof, waarvoor benzol genomen is. Deze laatste methode levert
niet alleen het dipoolmoment van de niet-geassocieerde molekulen,
■doch geeft tevens een inzicht in de mate van de optredende asso-
ciatie.

Meetmethode A.

Bij de metingen volgens de eerste methode werd een opstelling,
uit de volgende onderdelen opgebouwd, gebruikt; een generator.
Waarvan het schema in fig. 8 is weergegeven, de ontvanger die
reeds op blz. 15 besproken is en de in het vorige eveneens ge-
noemde frequentiemeter (blz. 15).

a.,

°%0

NCV

T I- I-

/Z77777

Fig. 8.

-öe generator. Een elektriese trillingskring, bestaande uit een

spoel Li en een veranderlike kondensator Ci was opgenomen ia
de plaatkring van een triode. Als triode werd gebruikt een Philips

TB^Vio-

Li was een honigraatspoel van 100 windingen. De kondensator
Cl was voorzien van een schaalverdeling met nonius en was met
behulp van een fijnregeling nauwkeurig in te stellen. De kapasiteit
van deze kondensator was evenredig met de schaalindeling en
bedroeg maximaal 500 cm.

De kring werd in trilling gehouden door deze met behulp van
spoel L2 met de roosterkring te koppelen. De gloeispanning van
de triode. welke 6 Volt bedroeg, werd verkregen van een akku-
mulatorenbatterij B^ die tolt;- op IVoo konstant was. De plaatspan-
ning voor de triode werd geleverd door een akkumulatorenbatterif
A van 220 Volt. eveneens tot op l7oo konstant.

Door voorlopige metingen was gevonden, dat zowel de gloei-
als plaatspanning zeer konstant moesten zijn om de frequentie van
de generator konstant te houden.

Een Varta-akkumulator B^ bracht het rooster van de triode op-
een potentiaal van —10 Volt t. o. v. het negatieve einde van de
gloeidraad. De schakelaar 5 deed dienst om de meetkondensator
C2 parallel op de kondensator Ci te schakelen. De verbindings-
draden van de kondensator C, naar de kondensator Co waren
zeer kort gehouden en zo gelegd, dat hun kapasiteit te verwaarlozen
was t. o. v. de kapasiteit van C2.

De meetkondensator.

De meetkondensator bestaat uit twee messing cylinders a en b
met diameters resp. 6 cm. en 6,3 cm.

In fig. 9 is het meetvat schematies getekend.

De hoogte van beide cylinders is 12 cm. De kleinste cylinder a is
zowel aan de boven als de onderzijde afgesloten en geheel gevuld
met rivierzand, hetgeen nodig was om de kondensator geheel ia
de te onderzoeken vloeistof te kunnen onderdompelen. In het
midden van het bovenvlak van deze cylinder a is een spannings-
toevoerdraad d gesoldeerd. De tweede cylinder b wordt door drie
isolatie-blokjes c, zowel boven als onder aangebracht onder een
hoek van 120°, op de juiste afstand van de binnenste elektrode

•gehouden. De spanningstoevoerdraad e is aan de bovenzijde van
lt;le elektrode b gesoldeerd.

Fig. 9.

Het geheel werd geplaatst in een messingvat f, gevuld met de te
•onderzoeken vloeistof. De hoogte van dit vat is 16 cm. en de
^Jameter 9.5 cm. De elektrode a is van het vat f geisoleerd door
et isolatieblokje g. De temperatuur van het diëlektrikum werd
gelezen met behulp van een thermometer t, geplaatst tussen de
elektrode b en de wand van het vat f. Het kwikbolletje ligt onge-
^^er 3 cm. onder het vloeistof oppervlak. Bij de meting werd de
^ ektrode b met het vat f verbonden, terwijl f geaard was. Om
et vat f te verwarmen, werd het geplaatst in een tweede, met olie
gevuld messing vat, op welks rand het met vier koperen zijarmpjes
rust. Deze olie werd met een Bunsenbrander verhit.

meting.

Ongeveer een kwartier nadat de verschillende delen op spanning

waren gebracht werd met de metingen begonnen; dan toch was-
de temperatuur van de trioden en daarmee de frequenties van
beide generatoren konstant geworden. De frequentie van de fre-
quentiemeter bedroeg gedurende de gehele meting 106 perioden
per sekonde. De veranderlike kondensator Ci van de meetgene-
rator werd zo ingesteld, dat in de luidspreker van de ontvanger de
frequentie van de interferentietoon nul was. Daarna werd Ci
door middel van de fijnregelknop links en rechts van het minimum
op gelijke toonshoogte van de interferentietoon ingesteld. Beide
kondensatorstanden werden afgelezen en het gemiddelde van beide

aflezingen C' bepaald.

Vervolgens werd de lege meetkondensator Cg parallel op Ci
geschakeld en C^ weer links en rechts van het minimum van de
interferentietoon op gelijke toonshoogte ingesteld en de beide
standen van de kondensator afgelezen. Het gemiddelde hiervan
moge zijn Cquot;. Dan is dus C—Cquot; de kapasiteit van het lege meet-
vat C2.

Deze meting werd vele malen herhaald om de kapasiteit van het
lege meetvat nauwkeurig te leren kennen. Bij de bepaling toch van
de diëlektriese konstante e treedt deze kapasiteit als konstante
deler op. Proefmetingen hadden uitgewezen, dat de kapasiteit van
het lege meetvat tot een temperatuur van ± 130° C niet ver-
anderde.

Daarna werd Cg met olie gevuld en de beschreven metingen
met het nu gevulde meetvat gedaan. Zijn de gevonden standen
van de kondensator Ci nu C' en Cquot;, dan is:

C — Cquot;
^ — C — C' '

De nulkapasiteit van Ci speelt geen rol, daar alleen kapasi-
teitsverschillen gemeten worden. De kapasiteiten van het lege en
gevulde meetvat. resp. C—Cquot; en C—Cquot;' werden gemeten in
delen van de schaalverdeling van Cj. Daar deze schaalverdeling
evenredig was met de kapasiteit van Ci. was het niet nodig de kapa-
siteiten van Co te bepalen in fx fx Farads, omdat e gevonden
uit een kapasiteitsverhouding.

Vervolgens werd de olie in het meetvat langzaam verhit van
kamertemperatuur tot ± 100' C. Bij verschillende temperaturen

werd nu e op de zoeven besproken wijze gemeten. Bij iedere

£ _ ]

temperatuur werd de waarde ^ ^ berekend en uitgezet tegen

r

360
350
3^0
330
320
310
300
290
280
270
260

260 270 2S0 290 300 3/0 320 330 3lt;gt;0 350 360

Fig. 10.

De verkregen resultaten zijn weergegeven in fig. 10; de grafiese
voorstellingen blijken rechten te zijn.

Deze metingen zijn gekorrigeerd voor de verandering van de
dichtheid q bij de verschillende temperaturen en is voor iedere
vloeistof de dichtheid teruggebracht op die bij 100° C.

Met een dilatometer werd de procentuele uitzetting bepaald per
graad temperatuursverhoging. Dit bleek te zijn ± 3.10-2 % pg^
graad.

In fig. 10 zijn de gekorrigeerde krommen eveneens getekend.
Het blijkt dat de rechte die voor olie IV het verband aangeeft

tussennbsp;en horizontaal verloopt. Dit wijst er op, dat

s ^ J

ohe IV geen polaire stof is, hetgeen in volkomen overeenstemming
met de resultaten van blz. 19 omtrent het diëlektriese verlies is.
Alle overige oliën vertonen echter een hellende lijn, die een maat
voor hun gemiddeld dipoolmoment Jl oplevert.

Toepassing van de theorie van Debye op olie V.

(

1 A n N Q { fi^ \
3KT

e 2—3M

Noemen we (i de hoek die in fig. 10 de rechte maakt met de
abscis, dan is dus,

irr R — ^^^ g

is --rirM-

of: = 1/9 KM tgj_
A 71 Nq

Voor olie V was, tg fi = 18,8;

Q = 0,90 en A/ = 240

_ -gt;8
o\ fi = 0,9. 10 e.s. E.

olie V

Feitehk kan de formule van Debye niet toegepast worden, daar
de oliën geen monomolekulaire stoffen zijn, terwijl tevens een
duidelike associatie van de molekulen een rol speelt.

De gevonden waarde van het gemiddelde dipoolmoment Ji
zal dus zeker afwijken van de gemiddelde waarde van deze groot-

heid bij het niet geassocieerde molekuul. Toch levert deze methode
wel een bruikbaar kriterium of een olie al dan niet uit polaire
molekulen is opgebouwd.

Meetmethode B.

Inleiding. Om zeker te zijn dat de gebruikte onderstelling van
Clausius-Mosotti over de inwendige veldverdeling juist is, zou men
de polarisatie moeten meten van vloeistoffen bij oneindige ver-
dunning. Wordt een polaire stof opgelost in een niet polaire, dan
is het zeer waarschijnlijk, dat bij zeer sterke verdunning de polaire
molekulen elkaar niet meer beinvloeden. Is aj dc polariseerbaar-
heid van het niet-polaire oplosmiddel, n, het aantal molekulen per
cm3 en zijn alt;, en 112 de overeenkomstige grootheden voor de
polaire stof, dan is dus

e — 1 4 jr ,
^ 2 ~ ~3~nbsp;

Wanneer Ci en Co de koncentraties van beide stoffen voor-
stellen, dan is:

ninbsp;fh

Cl = -p— en Co =

quot;1 'hnbsp;' Hl Ho

De molekulaire polarisatie van beide stoffen is resp.:

nnbsp;^ ^ ATnbsp;nnbsp;4 :7r

Pi = N ai en P2 = 2 Nao

Wanneer nu verder nog q de dichtheid van het mengsel is en
Ml enMo de molekulaire gewichten van de bestanddeelen zijn, dan
is dus

lil Ml Ik Afo

, = - —--

Gcmakkelik volgt dan:

Ml nbsp;Co _ p . , p .

We stellen deze uitdrukking gelijk

aan o.

Nu is echter P^ de molekulaire polarisatie van een niet polaire
slof en is dus onafhankelik van de koncentratie.
PiCi neemt derhalve met Cj af van Pi tot 0.

Zet men dus de waarden van P^ ^ uit tegen de koncentratie Co
en tevens die van PiCi tegen C2, dan geeft het verschil van de
ordinaten de waarden vannbsp;Door deling door C2 is hieruit

P2 te berekenen voor iedere koncentratie C2.

Om nu de polarisatie van het niet geassocieerde molekuul te
vinden, wordt lineair geextrapoleerd tot Co = 0. Dit betekent dus,
dat men in dat koncentratiegebied een associatie aanneemt, die
evenredig is met de koncentratie. Wanneer bij de dipolen geen
associatie optreedt is echter P2 ook onafhankelik van C2.

De meting.

De opstelling, bij deze metingen gebruikt, was precies dezelfde
als die bij de polarisatie-metingen onder A.

Gemeten werden de diëlektiese konstanten van olie IV- en
olie V-benzol mengsels.

Het diëlektrikum had echter bij de metingen een konstante
temperatuur.

In tabel IX zijn opgegeven de waarden van

e 2

een olie IV-benzol mengsel en een olie V-benzol mengsel.

TABEL IX.

In fig. 11 zijn deze waarden vannbsp;uitgezet tegen Co, waar-

Voor olie IV werd als gemiddeld molekulair gewicht gevonden
M — 200, terwijl voor olie V gevonden werd M = 240.

De dichtheid der oliën IV en V was q = 0,90, terwijl voor
benzol q = 0,89 is. Met behulp van deze grootheden werd nu P^ 2
als funktie van C2 bepaald.

De uitkomsten zijn opgegeven in tabel X, terwijl in de figuren
12 en 13 resp. voor de oliën IV en V de waarden van P^ 2 zijn
uitgezet tegen C2.

De berekende waarden voor P2 zijn eveneens in tabel X op-
genomen. In fig. 14 zijn voor olie IV en olie V de waarden van P^

TABEL X.

200

iso

o/ier

otielZ'

50

04 0.s 0.6 0.7 aa oa
Fig. 14.

uitgezet tegen Co. Uit fig. H blijkt, dat van olie V de molekulaire
polarisatie konstant is. Dit wijst er op, dat, zo de stof een dipool-

0.1 0.2 aj

moment heeft, er geen associatie optreedt. De polarisatie-metingen
onder A (zie blz. 34) hebben echter uitgewezen, dat het dipool-
moment van olie IV nul was. In overeenstemming met de polari-
satiemeting onder A (zie fig. 10). blijkt hier dat olie V niet alleen
polair is. doch dat er bovendien een associatie van de molekulen
optreedt en wel zo, dat de momentvektoren van de molekulen
elkaar opheffen.

Wanneer men de kromme voor olie V in fig. 14 lineair extra-
poleert tot C2 = O, vindt men voor de gemiddelde polarisatie van
het niet geassocieerde molekuul; Po = 170.

Berekening van het gemiddelde dipoolmoment van het niet ge-
associeerde molekuul van olie V.nbsp;j

Volgens Debye is:

/i = 0,0127 10~quot; i(P—Po) T

Hierin is:nbsp;1

^ _e—\ Mnbsp;lAf

■r — —j—^ — en /-'o — quot;2 j « —
e 2 Qnbsp;n 2 Q

waarin n de brekingsindex van de stof voorstelt.

Voor olie V is n = 1.48; Py = 75', T = 290 en P = 170.

Hieruit volgt ^ 2,1.10-18.

De hier berekende waarde voor het gemiddelde dipoolmoment
van het niet geassocieerde molekule is dus groter dan die van het
geassocieerde, waarvoor gevonden werd ~fx = 0.9.10—18. Dit resul-
taat klopt volkomen met fig. 14

waaruit blijkt, dat de moment-
vektoren elkaar kompenseren.

Meting van de diëlektiese konstante van de oliën l, IV en V in
een sterk elektries veld.

Na de in het voorgaande besproken metingen, was het wenselik
na te gaan of de diëlektriese konstante ook afhankelik was van de
sterkte van het aangelegde veld.

Debye vond voor de diëlektriese konstante e van stoffen in
een sterk elektries veld de volgende formule:

2V 'Ut. llil

K T

Hierin betekenen:
^ de gemeten diëlektriese konstante,
J de diëlektriese konstante bij kleine veldsterkte,
n het aantal molekulen per cm3.

het dipoolmoment van het molekuul,
K de konstante van Boltzmann,
T de absolute temperatuur,
E de aangelegde spanning.

De diëlektriese konstante werd weer gemeten met behulp van
«en elektriese trillingskring. Aan de meetkondensator werd tevens
een hoge konstante spanning gelegd.

De opstelling.

Een schematiese voorstelling van de gebruikte opstelling geeft
fig. 15.

Sm.

Fig. 15.

Als meetkring werd de op blz. 29 beschrevene gebruikt. Alleen
is hierin nog een kondensator C3 van 5000 cm opgenomen om de
konstante spanning, die aan het meetvat Co gelegd werd, te blok-
keren. Deze konstante spanning werd verkregen door de spanning
van het stadsnet 200 Volt/50 periode op te transformeren met
transformator T. Vervolgens werd deze gelijk gericht met behulp
van het kenatron K. Deze spanning was op de voltmeter KV af
te lezen.

De smoorspoelen Sm beletten, dat de stromen van hoge
frequentie in het gelijkspanningsgedeelte doordrongen.

De konstante spanning kon geregeld worden door middel van
-een regelbare weerstand R. die in de primaire zijde van de trans-
formator T is opgenomen. Zodoende werd aan de meetkonden-
sator een konstante spanning verkregen, die van 1000 Volt tot
5000 Volt te regelen was.

Dit komt overeen met een spanningsgebied van 6.5 Kilo Volt/
cm tot 33 Kilo Volt/cm. Bij hogere spanningen kon niet meer ge-
meten worden, omdat dan doorslag in het meetvat plaats vond.

De meting.

Allereerst werd nagegaan of de meetkondensator. onder de
invloed van de hoge konstante spanning, van vorm veranderde.

Tabel XI toont de kapasiteit van het meetvat C2 als funktie van
de aangelegde spanning. De kapasiteit is uitgedrukt in schaal-
delen van de veranderlike kondensator Ci.

TABEL XL

De polaire oliën I en V en de niet polaire olie IV tonen dus,
dat de diëlektriese konstante in het hier gemeten spanningsgebied
onafhankelik is van de veldsterkte.

Volgens de theorie van Debye mochten we hier ook geen effekt
verwachten. Met toepassing van deze theorie is in het volgende
berekend, met welk bedrag de diëlektriese-konstante van olie V
verandert in het hier gemeten spanningsgebied. Tevens is nage-
gaan bij welke spanning de verandering van de diëlektriese-kon-
stante van olie V 1 % zou bedragen.

Voor olie V is: T = 2,59; ^ = 0,9.10 „ = 1 89 21 T = 290.

Hieruit volgt t = 2,59 — l,40.10~iquot; £2.

Voor de hoogste aangelegde spanning n.1. 33,5.103 Voiy^^
-= dr 10 e.s. eenh. zou de verandering van e de waarde 1,4.10quot;quot;®
hebben, welke verandering dus niet meetbaar is.

Bij een spanning van 1,36.10^ e.5. eenh. = 4.10quot; ^oiy^j^
A^erandert de diëlektriese konstante van olie V met 1

HOOFDSTUK III.
Inleiding.

Wanneer men een zuivere kapasiteit d.w.z. een kondensator
zonder verliezen in een wisselstroomketen schakelt, verricht de
stroom geen arbeid. Er wordt dus geen energie verbruikt; stroom

en spanning verschillen ^ in fase. Heeft de kondensator echter

een verlies, dan zal het fase-verschil tussen stroom en spanning

kleiner dan ~ worden. Is deze fase-hoek -_dan noemt men

^ 2
ó de verlieshoek.

Een kondensator met een verlies, kan men vervangen denken
door een kondensator zonder verlies, gekombineerd met een paral-
lel geschakelde weerstand (zie fig. 16).

Is de spanning aan de kondensatorklemmen E. dan is de kapa-
siteitsstroom lo ^ E C co waarin C de zuivere kapasiteit van de
kondensator en co het aantal perioden van de wisselstroom in de
tijd 2 71 is.

Deze stroom I2 is de spanning E een bedrag ^ in fase voor.

'■1

Fig. 16.

p

De verliesstroom is Ii~ - waarin R de parallel gedachte weer-

R

stand voorstelt. is met E in fase.

De werkelike stroom / loopt dus - — ^ in fase voor E en

2

Noemt men ^ = o de geleiding van de kondensator, dan ij

tg =

In het volgende zal aangetoond worden hoe men, door een kon-
lt;lensator met verlies op te nemen in een elektriese trillingskring,
tg d uit direkt meetbare grootheden kan bepalen.

__/

- i*gt;

'1-R

Fig. 17.

In een elektriese trillingskring, bestaande uit een verliesvrije.
regelbare kondensator met een kapasiteit C en een spoel, waarvan
L de koëfficient van zelfinduktie en R de weerstand is, wordt
met behulp van een triode-generator door induktie een elektro-
motoriese kracht opgewekt. De koppeling tussen de generator en
de trillingskring is echter zeer los. zodat de eigen trillingstijd van
-de kring alleen bepaald wordt door de grootheden L, R en C.

Men verandert nu in dc trillingskring de kapasiteit C van de
regelbare kondensator zo. dat de in die kring optredende spanning
E maximaal wordt. Is Ey de optredende spanning en Cj de daarbij
behorende kapasiteit van de kondensator. dan is

C,________^_______

- /?•-' A-

//?- L' fü2 Cos (a)t lt;p)

quot;Waarin A (p willekeurige konstanten zijn en a gelijk aan 2
maal het aantal perioden van de wisselstroom is.

Vervolgens plaatst men parallel op de kondensator een tweede-
kondensator die een verlies heeft.

Is van deze kondensator de kapasiteit C^ en de geleiding a^
dan is,

tg d =

co Cx

De veranderlike kondensator wordt weer op maximale spanning
Eo in de kring ingesteld. Is de hierbij behorende kapasiteit van
de regelbare kondensator C^ dan is Cx = Ci — C^ en
_nbsp; 0)2 L^) cos (cü / y)

' ~ ^R' Z.2 [o (7?2 -f 0)2 Z.2) /?
Hieruit volgt:

R E,-E,nbsp;1

co^L' ' E, • Cl — C2

n

De grootheid TJj direkt te meten en is gelijk aan de
kapasiteitsverandering A C van de regelbare kondensator, die
nodig is om de spanning in de trillingskring van E^ opnbsp;te

laten dalen.

Derhalve vindt men dat:

AC E, - Eo

' = cT^, •

Bij de afleiding van deze formule is alleen gebruik gemaakt van
de onderstellingen dat 0nbsp;1 en /? a L is.

De opstelling.

De wisselstromen, die voor de meting nodig waren werden ver-
kregen door middel van de triode-generator welke reeds op blz. 29
beschreven is. Het enige verschil met dc daar gebruikte opstelling
is, dat thans de kondensator Co ontbrak. De trilHngskring, die voor
de metingen diende werd met deze generator gekoppeld. De tril-
lingskring bestaat uit een spoel L en een kondensator C, voorzien
van een fijnregehng (zie fig. 18). Deze kondensator heeft een
maximale kapasiteit van 500 cm- Er werden honigraatspoelen
gebruikt, waarvan de weerstand R zeer klein is t.o.v. de impedantie

Loi. De kondensator C heeft een kleine nulkapasiteit en een ver-
waarloosbaar verlies. Op de as van de draaibare platen van deze
kondensator is een schaalverdeling aangebracht, die evenredig is
met de kapasiteit van de kondensator en is voorzien van een
nonius.

De meetkondensator C^ kon parallel op de kondensator C ge-
schakel worden. De aan de meetkondensator optredende wissel-
spanningen werden met een triode-voltmeter gemeten.

De meetkondensator.

De meetkondensator (fig. 19) is ongeveer gelijk aan die, bij de
thermiese verliesmeting gebruikt is.

/I7777777777777777777777777777777777777771

Fig. 19.

Het thermo-element ontbreekt hier echter, terwijl verder de
bovenste elektrode uit een vlakke messing schijf van 7 cm diameter

bestaat. Een cylindervormig messing staafje van 1,5 cm dikte ea
6 cm hoogte is in het midden hiervan gesoldeerd. De bovenkant
van dit staafje is ingeboord en gevuld met kwik, teneinde een goed
kontakt te verkrijgen. Een glazen cylindertje sluit nauwkeurig om
dit staafje. Aan dit cylindertje zijn 3 glazen armpjes gesmolten
welke rusten op de glazen cylinder van de onderste elektrode.

De afmetingen van het meetvat zijn op blz. 13 aangegeven.

De afstand tussen de elektroden kan met behulp van de sluit-
ring 5 gevarieerd worden. Voorlopige metingen wezen echter uit,
dat tg ó bij niet te grote veranderingen van de afstand tussen de
elektroden, konstant bleef.

Bij grote afstand tussen de elektroden werd tg ó kleiner, wat
te verklaren is, doordat het veld dan niet homogeen meer blijft.
Door een meting werd aangetoond, dat de lege meetkondensator,
geen meetbaar verlies heeft.

De triode-voltmeter. (zie fig. 18).

Voor het meten van de spanning aan de meetkondensator is een
voltmeter van een grote nauwkeurigheid noodzakelik; tevens mag
deze voltmeter geen energie verbruiken.

Daarom is een triode-voltmeter gekozen. Als triode werd om
de grote steilheid van zijn karakteristiek een Philips A415 ge-
bruikt. Teneinde een goede isolatie tussen rooster en gloeidraad
te verkrijgen, werd de huls van de triode verwijderd. Na het
brugje zorgvuldig gereinigd te hebben, werd hierin een mengsel
van paraffine en kolofonium gegoten. ¹)

De gloeispanning voor de triode bedroeg 4 Volt, terwijl het
spanningsverschil tussen de anode en het positieve einde van de
gloeidraad 100 Volt bedroeg.

Een karakteristiek, voor de anodestroom opgemaakt, toonde, dat
bij 10 Volt negatieve roosterspanning, de anodestroom nul was en
dat deze stroom vanaf deze negatieve spanning meetbaar werd.
Deze stroom werd met een Moll-galvanometer gemeten.

De karakteristiek voor de roosterstroom gaf aan, dat er in het
gebied van 20 Volt tot 4 Volt negatieve roosterspanning een
konstante ionenstroom liep, veroorzaakt door de gasresten in de
triode.

1nbsp; J, F. H. Custers. Diss. pag. 16. Utrecht 1931.

Bij sterkere vermindering van de negatieve roosterspanning nam
de roosterstroom eerst nog iets toe. Dit is te verklaren uit het
feit, dat door de toenemende anodestroom meer gasatomen worden
aangeslagen.

Bij een negatieve roosterspanning van 1 Volt werd de ionen-
stroom echter geheel door de elektronenstroom gekompenseerd,
welke laatste bij O Volt verre overheerste. Zooals fig. 18 laat zien,
werd de te meten wisselende spanning tussen het rooster en het
negatieve einde van de roosterbatterij Br gelegd.

Om deze wisselende spanning zonder verlies te bepalen, moest
gezorgd worden, dat bij een konstante negatieve roosterspanning
van 10 Volt de topwaarde van de wisselspanning niet groter dan
6 Volt was.

IJking van de triode-voltmeter.

Om de triode-voltmeter te ijken, werd een wisselende spanning
van 10 Volt en 50 perioden/sek. kort gesloten over een weerstands-
bank van 1000 Ohm. Hiervan werden verschillende spanningen
afgetakt en gelegd tussen het rooster van de triode en het negatieve
einde van de roosterbatterij. Uit de verhouding van de afgetakte
weerstand, de totale weerstand van de bank en de spanning, die op
de gehele bank stond, kon dus de spanning aan de triode voltmeter
berekend worden. Bij iedere spanning werd de galvanometeruitslag
afgelezen. Zodoende kregen we een karakteristiek voor de volt-
meter, die het verband aangaf tussen de spanningen en de uitslagen
van de galvanometer. Het is duidelik dat deze triode voltmeter te
gebruiken is voor het meten van wisselende spanningen van zowel
hoge als lage frequentie. Alleen bij zeer hoge frequenties gaan de
eindige elektronensnelheden een rol spelen, doch tot dat gebied
strekten de metingen zich niet uit. De verkregen karakteristiek is
gekontroleerd met behulp van een Moll-konvertor, die te voren met
gelijkstroom was geijkt.

De meting.

De meetkring werd door middel van de veranderlike kondensator
C op maximale spanning in de kring ingesteld. De stand C^ van
de kondensator werd afgelezen. Uit de uitslag van de galvanometer
was de spanning Ei te bepalen. Daarna kon uit de karakteristiek

van de triode-voltmeter de uitslag'van de galvanometer bepaald
worden, die behoorde bij een spanning

ëi.
n

De kondensator werd nu zolang naar rechts gedraaid, tot de
galvanometer deze uitslag gaf.

Laat de stand van de kondensator nu C' zijn. Vervolgens werd
de kondensator naar links gedraaid, tot de spanning weer de

waarde ^ had.
i2

De zo verkregen stand van de kondensator zij Cquot;. Dan geldt:
^ C^Ci — C' = Clquot; — Cl. zodat A C. uitgedrukt in schaal-
delen van de kondensator. gevonden is.

Daarop werd het.

met het te onderzoeken diëlektrikum gevulde
meetvat O.^ parallel op de regelbare kondensator C geschakeld en
deze weer ingesteld op maximale spanning E^ in de kring. Zij de
hierbij behorende kondensatorstand C2, dan is de gezochte waarde
van tg ó gegeven door de betrekking:

zl Cnbsp;- £2

c,-C2 • £2

De frequentie van de wisselstroom werden op dezelfde wijze
bepaald als bij de thermiese verliesmeting.

Alvorens echter tot de metingen over te gaan. geven we in het
onderstaande enige formules, die bij het bespreken van de resul-
taten gebruikt zullen worden.

Debye vond voor de tangens van de verlieshoek b bij een polaire
stof.

terwijl voor de diëlektriese-konstante e de betrekking bestaat:

. - fa 2/ ,, ,
--nbsp; nbsp;II)

Hierin betekent eo de diëlektriese konstante bij konstante span-
ning, n de brekingsindex, co 2 ji maal het aantal perioden van de
wisselstroom per sekonde en t dc relaxatie-tijd.

Voor de relaxatie-tijd r geldt:
A 71 11 a^

^ = ^ j (formule III)

waarin a de straal van het molekuul, K de konstante van Boltzmann,
T de absolute temperatuur en j; de viskositeit is. Bij de afleiding
van deze laatste formule is ondersteld dat de wet van Stokes voor
de inwendige wrijving ook nog geldt als de roterende deeltjes mole-
kulen zijn.

Verlieshoekmeting aan olie V.

Nadat de olie in het meetvat gedaan was, werd op de in het
bovenstaande beschreven wijze, bij verschillende frequenties v van
de wisselstroom, de tg ö gemeten. De resultaten zijn opgegeven in
tabel XII. Bovendien geeft fig. 20 het verband weer, dat er bestaat
tussen tg ^ en v

TABEL XII.

Hieruit blijkt dat tg d niet lineair met v to'^neemt. De kromme
die het verband aangeeft tussen tg lt;5 en v is konvex van boven,
d.w.z. deze kromme begin naar een maximum te streven. Hiermee
klopt qualitatief het verloop van de diëlektriese konstante e (zie
tabel XII-, die vanaf v = 31,6.10^ steeds afneemt.

Vervolgens is een hoeveelheid van deze olie in vacuo gefraktio-
neerd gedestilleerd, teneinde na te gaan welke molekuulgroepen van
de olie voor de verliezen aansprakelijk zijn.

Het bleek dat bij een druk'van 2 mm kwik en een temperatuur
van 100° C. de lichtste frakties overdestilleerden.

De verwarming geschiedde zeer langzaam. Het gedeelte dat over-
destilleerde in het temperatuursinterval 100° C.—120° C. werd

in een glazen kolfje opgevangen. Daarna werd dit kolfje verwijderd
en door een ander vervangen, waarin het gedeelte verzameld werd,
dat overdestilleerde in het temperatuursinterval 120° C.—140° C.

Zodoende zijn er 5 verschillende frakties van olie V verkregen,
die resp. overgedestilleerd zijn in de temperatuursintervallen.
lOQoC - 1200C; 1200C - HO^C; HO^C - leO^C; IGO^C - 180»
C en 1800 C _ 200« C.

In de destilleerkolf bleef een donkere massa over, die na af-
koeling de viskositeit van stroop had.

Van deze frakties zijn vervolgens de waarden voor tg d bepaald
als funktie van de frequentie v, terwijl tevens de diëlektriese kon-
stante e bij iedere frequentie gemeten is.nbsp;'nbsp;-
■ In tabel XIII en fig. 20 vindt men de verkregen uitkomsten..

TABEL XIII.

De verliezen, veroorzaakt door de lichtste frakties van olie V
zijn dus te verwaarlozen. Het verlies wordt pas merkbaar bij het
destillaat ( H0° 0—160° C.).

Verder blijkt dat tg ô evenredig met de frequentie v toeneemt,
wat dus betekent, dat in dit frequentiegebied coquot; r 1 is. Volgens
formule II op blz. 50 moet dus s in dit frequentiegebied konstant
zijn, wat ook in overeenstemming met de waarnemingen is. Een
geheel afwijkend gedrag vertoont het restant van olie V.

Llit fig. 20 blijkt, dat tg d een maximum bereikt bij v = S.IO^
perioden/sekonde. De diëlektriese konstante van deze stof neemt
monotoon met de frequentie af (zie tabel XIII), wat ook klopt met
de formule II op blz. 50.

Als biezonderheid valt hier op te merken, dat de diëlektriese
konstanten van alle destillaten benevens die van het restant van
olie V kleiner zijn dan de diëlektriese konstante van olie V. Voor
de destillaten is dit begrijpelik. omdat bij het destilleren eerst de

, reslant oliel

kleinste molekulen, dus de molekulen met het kleinste dipoolmoment,
overgaan.

. Bij het restant van olie V zou men verwachten dat het ge-
middelde dipoolmoment van de molekulen groter zou zijn als bij
olie V, zodat de diëlektriese konstante ook groter moet zijn

De waarnemingen bewijzen echter het tegendeel. Dit zou te ver-
klaren zijn. door aan te nemen dat er bij het restant een sterke
associatie optreedt, waardoor het gemiddelde dipoolmoment kleiner
wordt. Deze aanname wordt gerechtvaardigd door de polarisatie-
metingen (zie fig. 14) waaruit bleek dat reeds bij olie V zelf
associatie optrad.

Hoewel we dus geen quantitatieve overeenkomsten met de
dipooltheorie van Debye mogen verwachten, is toch in bet onder-
staande eens nagegaan in hoeverre de resultaten met deze theorie

in overeenstemming zijn. Uit formule I op blz. 50 volgt, dat tg d
maximaal wordt voor:

- ^ i/-
- n(eo 2)

€o — n^ j—

Deze waarde is dan: tg lt;5 ^^^^

Voor het restant van olie V is cq = 2,56 en n = 1,49.

Dus tg 5nbsp;= 70,5.10-n.

De metingen geven voor tg ó ^^^^ j de waarde 72,0.10-3

Uit het bovenstaande vinden we voor de relaxatietijd r

T = —^ f l/- == 2.10^® sekonde
co n ^£0 2; r

Tenslotte is met behulp van formule III op blz. 51 de gemiddelde
straal a van het molekule berekend.

Daarvoor was het nodig de viskositeit rj van het restant van
olie V te kennen. Deze is bepaald door middel van een doorstroom-
proef. De gevonden doorstroom tijd werd vergeleken met die van
glycerine, waarvan de absolute waarde voor de viskositeit is op-
gezocht in de tabellen van Landoll.

Bij 17' C is deze waarde 10,69.

De doorstroomtijd van het restant van olie V was echter niet
nauwkeurig te bepalen, omdat deze stof zo sterk viskeus was.

Deze tijd was ongeveer honderd maal zo groot als die van gly-
cerine.

Dus rj (restant olie V) ■-= 1070.

Voor de gemiddelde straal a van het molekuul is dan gevonden
a = 1,55.10-8 cm.

Deze waarde is erg klein, daar men bij deze stof met zijn groot
molekulair gewicht een vrij grote waarde voor a mag verwachten.
Men kan dit aldus verklaren, dat bij de draaiing van het molekuul
een kleinere viskositeit optreedt, als in werkelikheid gemeten
wordt. Het is niet onwaarschijnlik, dat dit het gevolg is van de
associatie,

In fig. 20 is de theoretiese kromme getekend, welke gevonden is,
door van de verschillende frequenties v, met de gegeven groot-
heden £, /2 en r uit dc formule van Debye, de tgó te berekenen.
Deze berekende kromme ligt geheel beneden de experimenteel

gevondene. Dit zou men kunnen toeschrijven aan het feit. dat de
theoretiese kromme alleen geldt voor een monomolekulaire stof,
terwijl het restant van olie V molekulen van verschillende grootte
bevat. Het experimenteel gevonden maximum is dan op te vatten
als een superpositie van verschillende maxima.

Verlieshoekmeting aan olie IV en geoxydeerde olie IV.

Reeds bij de thermiese verliesmeting (zie blz. 27) is gevonden,
dat de geleiding van de olie onafhankelik is van de frequentie van
de wisselstroom. In het volgende worden nu metingen besproken,
die dit resultaat nagenoeg bevestigen. Voor deze metingen was het
nodig een niet polaire olie te hebben, die een veel grotere geleiding
had dan een polaire olie.

Het is nu gelukt van olie IV de geleiding te vergroten, terwijl
het dipoolmoment van deze olie nul bleef.

Dit is op de volgende manier bereikt. 2 Glazen kolfjes, beide
van 100 cc, gevuld met olie IV, zijn gedurende 10 uur bij een tem-
peratuur van 100' C gepompt. Daarna werd een van de kolfjes
luchtdicht afgesloten. Het andere werd geplaatst in een oliebad van
130° C, waarna met behulp van een zuurstofcylinder een zuurstof-
atmosfeer van 10 mm overdruk boven de olie gebracht werd. Na
8 uur was de olie sterk geoxydeerd, terwijl de kleur van blank in
rood was overgegaan. Hierna werd het kolfje met de geoxydeerde
olie gedurende 10 uur gepompt.

Van deze geoxydeerde en niet geoxydeerde olie IV is de gelei-
ding bij konstante spanning gemeten. Het bleek, dat de geleiding

van de geoxydeerde olie IV 17,5 maar zo groot was als die van olie
IV. Tevens is de diëlektriese konstante e en tg ó bij verschillende
frequenties bepaald. (Zie tabel XIV).

Tabel XIV.

Bij de geoxydeerde olie IV neemt tg lt;5 met toenemende frequentie
af. Dit betekent dat de geleiding o konstant is. Deze geleiding o
is gegeven door de betrekking

O = 2 TT V C tg a
Hierin stelt C de kapasiteit van het gevulde meetvat voor.
Met behulp van deze formule is voor de geoxydeerde olie IV dc
geleiding bij verschillende frequenties berekend. (Zie tabel XV).
De kapasiteit C van het gevulde meetvat 'bedroeg 12,6.10-ii
Farad.

TABEL XV

Neemt men het geniiddelde van de voor R gevonden waarden
dan volgt dus hieruit dat de weerstand van de geoxydeerde olie IV
in het meetvat 4,2.106 Ohm is.

Bij een konstante spanning van 500 Volt op de meetkondensator
was de stroom door de olie 9,5.10 Ampère. Dus R = 5,25.106
Ohm.

Een betere overeenstemming verkrijgt men, als de weerstand
bepaald wordt uit de waarden, bij de vier laagste frequenties ge-
vonden. Dan vindt men R == 5,1.10c Ohm. Derhalve zou er dus
bij de hogere frequenties een kleine verandering in de geleiding
optreden.

Volgens Debye *») treedt er bij sterke elektroheten in een wis-
selend elektries veld van zeer hoge frequentie een toename van
de geleiding op. Het is echter onmogelik hier iets kwantitatiefs
over te zeggen, omdat de zuurkoncentratie en de waardigheid van
de ionen totaal onbekend zijn.

De verandering van de geleiding is echter zo gering, dat men
in vergelijk met de polaire olies gerust mag besluiten dat bij de
diëlektriese verliezen het geleidingseffekt te verwaarlozen is.

. Verlieshoekmeting aan glycerine.

Om de diëlektriese verliezen van een niet monomolekulaire polaire
vloeistof, zoals de meeste oliën, met een monomolekulaire polaire
vloeistof te kunnen vergelijken, is een vloeistof genomen, die, wat
viskositeit en dipoolmoment aangaat, niet veel met een polaire olie
verschilt. Voor deze vloeistof is glycerine gekozen. De glycerine,
die uit de handel verkregen werd, bleek echter zó niet geschikt voor
de meting, omdat ze te veel water bevatte- Daarom is \]/2 liter
glycerine enige malen achtereen in vacuo gedestilleerd. Bij de eerste
destillatie kwam een hoeveelheid van ± 20 cc water vrij. De over-
blijvende glycerine is nog drie maal gedestilleerd, waarbij telkens
de eerste 10 cc die overging in een apart kolfje werd opgevangen.
Het gedeelte, dat na de laatste destillatie overbleef, is voor de
metingen gebruikt. De verkregen resultaten zijn in tabel XVI te
vinden. In fig. 22 is voor glycerine tg d uitgezet als funktie van
de frequentie v.

Tabel XVI.

Fig. 22 toont dat tg ^ ongeveer tot de frequentie v = 30,0.104
voortdurend afneemt om vervolgens weer toe te nemen. Deze kon-
tinue afname van tg lt;5 klopt volkomen met een konstante geleiding.
Deze geleiding a is berekend met de formule a = 27ivCtgè en
is tot de frequentie v = 25.10-* gelijk aan de geleiding, gemeten
bij konstante spanning. Uit tabel XVI volgt, dat de gemiddelde

waarde van de geleiding is a = 13,2 . 10quot;^ dus /? = — =
7.5 . 10^ Ohm.

Bij een konstante spanning van 220 Volt aan de elektroden van
het meetvat was de stroom 2,72.10-* Ampère, dus R = 8,1.105
Ohm.

In kolom 3 van tabel XVI zijn de waarden van tg lt;5 opgegeven,
die berekend zijn met behulp van een geleiding a — 13,2.10~'^
Het verschil in de gemeten en berekende waarden voor tg 6 is een
bijdrage tengevolge van het dipooleffekt. Deze waarden zijn in de
vierde kolom van tabel XVI te vinden.

Zoals uit fig 22 blijkt, is de dipoolbijdrage in tg ó evenredig met
V De formule voor tg ó (zie blz. 50) wordt dus hier

Voor glycerine is gevonden £(, = 40 en n = 1,48. Met toe-
passing van bovenstaande formule van tg lt;5 is de relaxatie tijd voor
glycerine berekend (zie tabel XVII).

Tabel XVII.

Nemen we als gemiddelde waarde van de relaxatie tijd r
l,2.10~io sekonde, dan is met behulp van formule III van blz. 51
de straal a van het molekuul te berekenen. De temperatuur is
T = 298, terwijl de viskositeit = 10,7 is. Hieruit volgt voor de
straal van het molekuul de waarde a == 3,4.10quot;~9 cm.

MizushimaS) vond hiervoor a = 3,5.10-9 cm. Beiden waarden
zijn echter te klein. Hiervoor zou weer eenzelfde verklaring te geven
zijn als voor het restant van olie V (zie blz. 54).
7Di----

Verder dient nog opgemerkt te worden, dat bij glycerine de
diëlektriese konstante e onafhankelik is van de frequentie van de
wisselstroom en gelijk aan de waarde bij konstante spanning is. ¹)
Dit betekent dus dat tg ó evenredig met r moet zijn Avat in fig.
22 te zien is.

1nbsp; Deze waarde is gevonden uit de tabellen van Landoll.

Verlieshoekmeting aan nitrobenzol.

In verband met de voorgaande metingen aan polaire stoffen met
vrij grote viskositeit, was het van belang hiernaast enige polaire
vloeistoffen te onderzoeken waarvan de viskositeit veel kleiner
was. De keuze viel op nitrobenzol en zwavelkoolstof. Nitrobenzol
heeft een groot dipoolmoment = ^ 3,8 .nbsp;e.s. eenh.).

doch de viskositeit is zo klein, dat volgens de theorie van Debye
bij de hier toegepaste frequenties van de wisselstroom het dipool-
effekt nog niet meetbaar is-

De uit de handel verkregen nitrobenzol had een zeer grote ge-
leiding, wat waarschijnlik moet toegeschreven worden aan het sal-
peterzuur, dat bij de bereiding gebruikt is.

Door middel van gefraktioneerde destillatie is getracht het aan-
wezige water en zuur te verwijderen. Na een bepaalde hoeveelheid
nitrobenzol verscheidene malen achtereen gedestilleerd te hebben
was de geleiding echter bijna niets kleiner geworden. Van dit
destillaat is de tg lt;5 gemeten als funktie van frequentie v van de
wisselstroom. (Zie tabel XVIII). In fig.-23 zijn deze resultaten
grafies weergegeven.

Tabel XVIII.

De kapasiteit C van het gevulde meetvat was C = 9,75.10—^^
Farad.

Hieruit volgt dus als gemiddelde waarde voor de geleiding:
O = 18,0.10—De weerstand van de nitrobenzol in het meetvat
is dus

1 5,55.10=^ Ohm.

O

Bij een konstante spanning van 225 Volt aan de elektroden van
liet meetvat was de stroom 38,6.10-® Ampère; dus R = 5,72.10®
Ohm.

In het gebruikte frequenlïêgëbièH zi'jn quot;(Jus quot;dé^vóor tg è gevonden
waarden uitsluitend toe te schrijven aan de geleiding. Van zwavel-
koolstof is het dipoolmoment ju, = 0,33.10—8 e.s. eenh., terwijl de
viskositeit kleiner is dan die van nitrobenzol. De geleiding, gemeten
bij konstante spanning is echter zo klein, dat in het gemeten fre-
quetiegebied haar bijdrage tot tg(5 niet meetbaar was. Evenals bij
nitrobenzol is in dit frequentiegebied nog van geen dipooleffekt
sprake.

Bij alle frequenties is de gemeten waarde voor tgó nul, wat dus
in overeenstemming is met de verwachtingen. Zelfs bij de hoogste
frequenties is niet de geringste demping in de meetkring gekon-
stateerd, wanneer het meetvat, gevuld met zwavelkoolstof, in de
kring werd opgenomen. . ^

HOOFDSTUK IV.

Toetsing van de thermiese verliesmeting en de verlieshoekmeting.-

Teneinde de juistheid van beide meetmethodes te kontroleren is
olie V met beide opstellingen gemeten. De thermiese verliesmeting
gaf de navolgende resultaten (zie tabel XIX en fig. 24).

Tabel XIX.

nonbsp;200nbsp;MO

Fig. 24.

Uit fig. 20 zijn voor olie V de waarden voor tg d bij bovenge-
noemde frequenties bepaald en opgegeven in de 2de kolom van
tabel XX.

Tabel XX.

Door de waarden van tg è met de bijbehorende frequentie v te
■vermenigvuldigen, krijgt men waarden, die evenredig moeten zijn
met de waarden voor V/E^ in tabel XIX daar immers V/E^ =
2 71 V C tg d is. De kolom 3 van tabel XX bevat de waarden voor

V tg ó, terwijl in kolom 4 de uitkomsten voor k = —£L- 2Ün

V tg (5 gt;

opgegeven.

Hieruit volgt dus, dat beide meetmethodes kwalitatief dezelfde
resultaten opleveren.

In het volgende wordt bij de frequentie v 5.10^ de kwantita-
tieve overeenstemming voor de beide methodes aangetoond. In de
formule V/E~ = 2 ti C r ig d betekent V' het verlies in het diëlek-
trikum, uitgedrukt in Watts,* C de kapasiteit van het gevulde
meetvat, gebruikt bij dc thermiese verliesmeting en E de hieraan
aangelegde spanning in Volts.

Nu was C = 77.10-12 Faiad en tg lt;5 = 21.10-3

Watt

Dusnbsp;= 5,1.10-«

Volt''

Bij de thermiese verliesmeting is het verlies, uitgedrukt in uit-
slagen van de galvanometer, bij v = 5.105 en £ = 1000 Volt gelijk
aan 32,5 mm. Voor het thermoelement geldt dc betrekking d E —
26,9-10-quot; d T, waarin d T het temperatuurverschil van de kontakt-
plaatsen. uitgedrukt in graden, aangeeft; d £ is het daardoor op-
tredende spanningsverschil in Volts.

De spanningsgevoeligheid van de Moll-galvanometer is.
1,42.10-6 Volt/mm.

Het spanningsverschil aan de galvanometerklemmen is dus

46.10-6 Volt, waaruit dan voor de temperatuursverhoging van het
diëlektrikum per minuut volgt: dT = \,72° C.

De waterwaarde van het meetvat gevuld met de te onderzoeken
olie is 44 kal/gj.^^^ De per sekonde in de olie ontwikkelde warmte

is dusnbsp;kaloriën = 5,25 Watt.

60

dus 76 kaloriën = 5,25 Watt.

Watt

Dus V/E^ = 5,25.10-6

Volt''

Hieruit blijkt dus, dat beide meetmethodes, zowel kwalitatief als
kwantitatief dezelfde resultaten geven.

jMS.

zusammenfassung.

Die dielektrischen Verluste in mineralischen Ölen in Wechsel-
ieldern von hoher Frequenz werden nach zwei Methoden gemessen.
Bei der ersten Methode wird der Verlust thermoelektrisch bestimmt.
Der Verlust V pro Sekunde war bei jeder Frequenz v dem Qua-
drat der Spannung E proportional, während für die meisten Öle
■die Grösze VIE^ dem Quadrat der Frequenz v proportional war.

Weiter sind an den Ölen Polarisationsmessungen ausgeführt
worden. Dabei stellte zieh heraus, dass das Paraffinöl IV nicht polar
ist. Alle aromatischen Öle zeigten aber eine Polarität. Die Polari-
sations- und Verlustmessungen widersprechen sich nirgends und
die öle stimmen in qualitativer Hinsicht zu der Debyeschen Theorie
■der dielektrischen Verluste in polaren Flüssigkeiten; d. h., nur die
aromatischen öle haben ausser einer konstanten Leitfähigkeit einen
von der Frequenz bedingten Verlust, der der Polarität zuzuschrei-
ben ist. Das Paraffinöl IV hatte lediglich eine konstante Leitfähig-
keit. Die zweite Anordnung zur Messung der Verluste führte zu
einer Bestimmung der Grösze tg 6 als Funktion der Frequenz des
Wechselfeldes. Einige Destillate des polaren Öles V sind gemessen
worden.

Der Rest des Öles V, der nach der Destillation übrig blieb, hatte
für tg d ein Maximum bei einer Frequenz r = 8.10^ Perioden pro
•Sekunde. Daraus ergab sich unter Anwendung der Debyeschen
Dipoltheorie ein mittlerer Molekülradius a = 1,55.10-8 cm.

An Glycerin ist tg d als Funktion der Frequenz gemessen worden.
Erst bei hohen Frequenzen zeigten sich die Dipoleffekte. Auch
hier war der berechnete Molekülradius viel zu klein. Nitrobenzol
hat ausser einer konstanten Leitfähigkeit keinen Verlust, während
sich der Verlust für Schwefelkohlenstoff wegen der ausserordent-
Jich kleinen Viskosität nicht nachweisen liess.

LITERATUUR.

1)nbsp;K. W. Wagner. Ann d Phys. 40. 1931. pag. 817.

Ann f El 2. 1914 pag. 371.
Ann f El 3, 1914 pag. 105.

2)nbsp;P. Debye. Polare Molékelen.

3)nbsp;Th. J. Weyers. Tijdschrift van het Nederlands Radio-genootschap.

4)nbsp;P. Debye. Physik Ztschr. 5, 1928 pag, 121 en pag. 401.

5)nbsp;I, Mizushima. Phys. Ztsch. 28, 1927 pag. 418,

STELLINGEN.

L

De bewering van E. Lau en O. Reichenheim. dat de verhouding
van het aantal atomen tot het aantal molekulen in een Woodse-
buis evenredig met de aangelegde spanning is. is niet juist.

Ann. d. Phys. 1929. 5e Folge. Bd. 3. pag. 840.

II.

Bij de ijking van standaardlampen moet men zorgvuldig tocht
vermijden.nbsp;' '

III.

D. H. Menzel's bepaling van de zelfabsorptie in de chromosfeer
is voor een aantal spektraallijnen onjuist, doordat hij geen rekening
gehouden heeft met de demping.

Lick. Obs. Publ. 1931. 17. pag. 262.

IV.

Gedeeltelik ten onrechte beweert C. T. Zahn. dat het verloop

van de kromme, die bij waterdamp het verband aangeeft tussen

c en de druk p in strijd is met de theorie van de associatie ( e
is de diëlektriese konstante).

Phys. Rev. 1926. vol. 27. pag. 329.

V.

De bepaling van de diëlektriese konstante van vloeistoffen, die
een grote geleiding hebben, met behulp van een elektriese trillings-
kring. kan tot foutieve resultaten leiden.

VI.

Volgens Bruckman zijn de diëlektriese verliezen van een olie
dezelfde, wanneer deze zich bevindt in een stikstof of een zuurstof
atmosfeer. Dit is niet geheel juist.

Verslag: Conf. Int. d. Grands Réseaux Électr.
a Haute Tension, 1931.

Bij een goede transformatorolie zijn de dipoolverliezen ten op-
zichte van de geleidingsverliezen te verwaarlozen.

■ vm. .

c

De waarden, die E. J. Shaw vindt voor de veldsterkten van een
elektromagneet zijn onjuist.

Rev. of Scientif. Instr. 1931. Vol. 2. pag. 611.
IX.

De bepaling van de gemiddelde elektronensnelheden in boog-
ontladingen met behulp van een sonde geeft onjuiste resultaten.

vv: yS

-V s

mi? Vquot;

, amp;

r ^

', f..

••ii;-;

■■•-jpïSï:

:

^^- • tV- »-iquot; , ■ . .
....... ■

ïi

m

■nbsp;.C-

..........