On the validity of Boltzmann's distribution law for the charges of aerosol particles in electrical equilibrium

Summary The validity ofBoltzmann's energy distribution law as applied to the charge distribution of monodisperse aerosols, i.e. aerosols which contain particles of one size only, was studied with improved equipment now available.Since monodisperse aerosols with particle size of about 10^–6 cm cannot yet be produced and because aerosols in general contain particles of different sizes, polydisperse aerosols stored in a large gasometer were used for the investigation. The composition and the average radius of these aerosols heterogeneous in particle size were determined by the Exhaustion Method employing a diffusion battery without end-pieces or connecting tubing.The experimental curve found for the ratio of the uncharged (N ₀) to the charged (N) nuclei versus radius (r) of the particles deviates for all investigated radii between 0.5 and 4.0·10^–6 cm from the theoretical curve of a monodisperse aerosol computed according to the Boltzmann law. For radii smaller than about 1.4·10^–6 cmN ₀/N is smaller than that given by Boltzmann's law, for radii greater than 1.4·10^–6 cm larger, or, in other words, forr<1.4·10^–6 cm the number of charged nuclei found in the aerosols investigated is greater than that predicted byBoltzmann's law, and forr>1.4·10^–6 cm smaller.The deviations from the theoretical curve forr>1.4·10^–6 cm can be fully explained by the polydispersity of the aerosols used; forr<1.4·10^–6 cm the deviations are too big to be attributed to polydispersity. From this it must be concluded thatBoltzmann's distribution law is not valid for the charge distribution of homogenous aerosols containing nuclei with radii smaller than about 1.4·10^–6 cm.The equivalent radius as deduced from a substitute monodisperse aerosol in charge equilibrium for which theBoltzmann law is assumed valid, deviates in the range of 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (or 90%>100N ₀/Z>55%) on the average by up to 35% from the actual mean radius of the investigated polydisperse aerosols computed from the radii of their singly sized components.

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Zusammenfassung Die Gültigkeit desBoltzmannschen Gesetzes der Energieverteilung für die Ladungsverteilung von monodispersen Aerosolen, das heisst Aerosolen, welche Teilchen von nur einer Grösse enthalten, wurde mit den jetzt zur Verfügung stehenden verbesserten Mitteln studiert.Da monodisperse Aerosole mit Teilchengrössen von ungefähr 10^–6 cm noch nicht erzeugt werden können und Aerosole im allgemeinen Teilchen von verschiedenen Grössen enthalten, wurden für die jetzige Untersuchung polydisperse Aerosole, welche in einem grossen Gasometer gespeichert waren, benützt. Die Zusammensetzung und der mittlere Radius dieser Aerosole mit heterogener Teilchengrösse wurden nach der Exhaustions-Methode unter Benützung einer Diffusionsbatterie ohne Endstücke oder Verbindungsröhren bestimmt.Die experimentell gefundene Kurve, welche das Verhältnis der ungeladenen (N ₀) und geladenen (N) Kerne als Funktion des Radius (r) darstellt, weicht für alle untersuchten Radien zwischen 0.5 und 4.0·10^–6 cm von der theoretischen Kurve eines monodispersen Aerosols, wie sie nachBoltzmann's Gesetz berechnet wird, ab. Für Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm ist das VerhältnisN ₀/N kleiner als es durchBoltzmann's Gesetz gegeben wird, für Radien grössen als 1.4·10^–6 cm grösser oder, mit anderen Worten, fürr<1.4·10^–6 cm ist die Zahl der geladenen Teilchen, die in den untersuchten Aerosolen gefunden wurde, grösser als die vonBoltzmann's Gesetz vorausgesagte, und fürr>1.4·10^–6 cm kleiner.Die Abweichungen von der theoretischen Kurve fürr>1.4·10^–6cm können vollkommen durch die Polydispersität der benützten Aerosole erklärt werden; fürr<1.4·10^–6 cm sind die Abweichungen zu gross, als dass sie der Polydispersität zugeschrieben werden könnten. Daraus muss geschlossen werden, dassBoltzmann's Verteilungsgesetz für die Ladungsverteilung eines homogenen Aerosols, welches Kerne mit Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm enthält, nicht gültig ist.Der äquivalente Radius, wie er von einem im Ladungsgleichgewicht befindlichen, monodispersen Ersatz-Aerosol, für welchesBoltzmann's Gesetz als gültig angenommen wird, abgeleitet werden kann, weicht im Bereich von 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (oder 90%>N ₀/Z>55%) durchschnittlich bis zu 35% vom tatsächlichen mittleren Radius des untersuchten polydispersen Aerosols ab.

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The research reported in this article has been supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Laboratories, through the European Office of the Air Force Research Division, United States Air Force under Contract AF 61(052)-26, by the United States Department of Army, through its European Research Office, Contract DA-91-591-EUC-1282 & 1657 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co., Schenectady, New York under Retainer Agreement.     

Production of nuclei from ammonia and nitric acid

Summary The size and charge distribution of nuclei obtained by passing air over ammonia and nitric acid are examined. In agreement with McHenry it was found that the average radius is less than 1.0×10^–6 cm. The heterogeneity of the nuclei is discussed.

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Zusammenfassung Es wurde die Grösse und Ladungsverteilung von Kernen, welche erhalten wurden, wenn Luft über Lösungen von Ammoniak und Salpetersäure streicht, untersucht. In Übereinstimmung mit McHenry wurde gefunden, dass der durchschnittliche Radius der Kerne kleiner als 1.0×10^–6 cm ist. Es wird die Ungleichartigkeit der Kerne diskutiert.

     

Ultra-long-period motions from the Alaska earthquake of July 10, 1958

Summary Ultra-long-period motions from the Alaska eerthquake of July 10, 1958, have been studied on records at Uppsala. Mantle Rayleigh waves with up to six passages around the earth were recorded. The dispersion curve for the period range 100–400 sec was deduced, showing a minimum group velocity of 3.56 km/sec at a period of 225 sec, thus confirming earlier results byEwing & Press. A value of the internal friction in the mantle of 480×10^–5 for the period range 120–260 sec was obtained. The particle motion of the mantle Rayleigh waves is retrograde elliptical in the plane of propagation, the vertical axis being 0.68 of the horizontal axis. A transverse horizontal wave motion is observed on theE-component. Both its period (12 min 10 sec) and the delay of its onset (8 hours after the earthquake) confirm the hypothesis that it represents a free torsional vibration of the whole earth, apparently observed for the first time.

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Zusammenfassung Bewegungen mit ultra-langen Perioden von dem Alaska-Beben am 10. Juli 1958 wurden mittels Registrierungen in Uppsala studiert. Mantel-Rayleigh-Wellen, die die Erde sechsmal umkreist haben, wurden registriert. Die Dispersionskurve für den Periodenbereich 100–400 Sek wird bestimmt; sie zeigt ein Minimum der Gruppengeschwindigkeit von 3.56 Km/Sek bei einer Periode von 225 Sek, womit frühere Resultate vonEwing & Press bestätigt werden. Ein Wert der inneren Reibung im Mantel von 480×10^–5 für den Periodenbereich 120–260 Sek wird abgeleitet. Die Partikelbewegung der Mantel-Rayleigh-Wellen ist retrograd elliptisch in der Ausbreitungsebene und die Länge der vertikalen Achse ist 0.68 der horizontalen Achse. Eine transversale, horizontale Wellenbewegung ist auf derE-Komponente registriert. Sowohl ihre Periode (12 Min 10 Sek) wie die Verzögerung ihres Auftretens (8 Stunden nach dem Beben) bestätigen die Hypothese, dass es sich um eine freie Torsionsschwingung der ganzen Erde handelt, die wahrscheinlich zum ersten Mal beobachtet ist.

     

Metal point discharge nuclei and the production of multiply charged ions from condensation nuclei

Summary Very small uncharged nuclei are produced by electric discharge at a metal point. By measuring the size and the super-saturation required for condensation it is shown that there is a vapour pressure deficit of 15%. The nuclei increase in size and in heterogeneity during storage. The range of radius is from 1.0×10^–7 cm to 6.6×10^–7 cm.When atmospheric nuclei are drawn past a discharging point they become multiply charged. The relation between the mobility, the diffusion coefficient and the charge per ion of these multiply charged ions does not agree with well-established theory.

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Zusammenfassung Elektrische Entladung von einer Metallspitze erzeugt sehr kleine, ungeladene Kerne. Durch Messung ihrer Grösse und der Übersättigung, welche für die Kondensation benötigt wird, kann gezeigt werden, dass ein Dampfdruckdefizit von 15% besteht. Während der Speicherung wachsen die Kerne und ihre Heterogenität nimmt zu. Ihre Radien liegen zwischen 1.0×10^–7 cm und 6.6×10^–7 cm.Kondensationskerne der Atmosphäre, welche an einer sich entladenden Spitze vorbeigesaugt werden, nehmen mehrfache Ladungen an. Die Beziehung zwischen der Beweglichkeit, dem Diffusionskoeffizienten und der Ladung per Ion dieser mehrfach geladenen Ionen stimmt nicht mit der bisher als gültig angenommenen Theorie überein.

     

Ionisations-Neutralisationsbilanz in derE-Schicht nach Angaben von der totalen Sonnenfinsternis am 15. Februar 1961

Zusammenfassung Es werden die Grundgleichungen der Ionisations-Neutralisationsbilanz in derE-Schicht präzisiert und auf die Notwendigkeit der Berücksichtigung des Einflusses der lokalen ionisierenden Strahlungsquellen auf der Sonnenscheibe, der dynamischen ionosphärischen Vorgängen und der Veränderungen des äquivalenten Rekombinationskoeffizienten hingewiesen. Ferner wird eine Methodik zur Bestimmung der charakteristischen Grössen der Ionisations-Rekombinationsbilanz (q _0m ,q _d, ) dargelegt. Zu dem Zweck werden die Messergebnisse aus der Periode der Sonnenfinsternis von zwei unweit voneinander gelegenen Ionosphärenstationen verwendet. Die Methodik wird auf die während der totalen Sonnenfinsternis am 15. Februar 1961 auf den Ionosphärenstationen in Sofia und Nesebar erhaltenen Ergebnisse angewandt. Für den Rekombinationskoeffizienten werden Werte zwischen 0,63·10^–7 cm³sec^–1 und 2,32·10^–7 cm³sec^–1 und für die Elektronenproduktion unter dem Einfluss der ionisierenden Strahlung von der homogenen Sonnenscheibeq _0m 1700 cm^–3sec^–1 erhalten.

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Summary The basic equations for the ionisation-neutralisation balance in theE layer have been shown the necessity to take in account the influence of the local ionisation sources on the disk of the sun, the dynamic ionospheric processes and the variations in the equivalent recombination coefficient. The method for determining the characteristic quantities of the ionisation-recombination balance (q _0m ,q _d, ) has been exhibited for this purpose are used measurement data from two ionospheric stations located not far from each other, in the period of the solar eclips on 15 February, 1961. The quantity of the recombination coefficient lay between 0.63×10^–7 sec^–1 cm³ and 2.32×10^–7 sec^–1 cm³; the electron production under the action of the ionising radiation of the homogen disk showsq _0m 1700 sec^–1 cm^–3.

     

Frequency content of stress waves in the nearest zone of a spherical explosive source in gravel sandy soil

Zusammenfassung Bei Verfolgung der Entstehung und Formierung der durch eine explosive Kugelquelle erregten Druckwellen steht die Frage ihres Frequenzgehalts im Vordergrund. Der Frequenzgehalt dieser Wellen wurde durch die Abhängigkeit ausgedrückt (2), die die Änderungen der relativen Breite des Amplitudenspektrums (1) vom Gewicht und von der Entfernung der Quelle angibt. Aus(2) erfolgt, dass der Frequenzgehalt der Druckwellen mit wachsender Entfernung und Grösse der Ladung exponential sinkt, wobei die Steilheit dieses Abfalls für höhere Grössen der Ladung kleiner ist. Das Herabsetzen des Frequenzgehalts dieser Wellen verursacht, dass die maximate spektral Dichte in grösseren Entfernungen von der Quelle markanter wird.     

On the seasonal variations of the atmospheric electric elements

Summary The air-earth current density in the stratosphere, the columnar resistance derived from the measurements of conductivity, and the ionospheric potential were investigated. The data were obtained by radiosonde ascents during the period of 1957–1967.It was found that the local horizontal visibility at the surface is related to the air-earth current density in the stratosphere, and it is expected that the air-earth current density has a seasonal variation. Statistical results show that indeed the air-earth current has a pronounced seasonal variation, high in winter and low in summer. The columnar resistance has also a seasonal variation, reverse to the variation of the air-earth current.The percentage time variation of the air-earth current (1/i) (di/dt) was found to be twice as much as the percentage time variation of the columnar resistance (1/R) (dR/dt) at the Tateno Observatory.The ionospheric potential, deduced from the measurements of the potential gradient by radiosonde ascents, shows no clear seasonal variation at Syowa-Base (Antarctica). Following Ohm's law, however, the above-mentioned results suggest that the seasonal variation of the ionospheric potential would exist on land.

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Zusammenfassung Die Vertikalstromdichte in der Stratosphäre, der Säulenwiderstand, berechnet aus Leitfähigkeitsmessungen, und das Ionosphärenpotential wurden untersucht. Die Messergebnisse wurden mittels Radiosonden im Jahrzehnt 1957–1967 erlangt.Es wurde festgestellt, dass die örtliche waagrechte Sichtweite am Erdboden mit der Vertikalstromdichte in der Stratosphäre korreliert ist, und dass erwartet werden muss, dass die Vertikalstromdichte einen jahreszeitlichen Gang aufweist. Tatsächlich lässt sich statistisch zeigen, dass ein solcher jahreszeitlicher Gang der Vertikalstromdichte besteht, mit einem Höchstwert im Winter und einem Mindestwert im Sommer. Auch der Säulenwiderstand zeigt einen jahreszeitlichen Gang, umgekehrt zu dem der Vertikalstromdichte.Die prozentuale zeitliche Änderung der Vertikalstromdichte (1/i) (di/dt) stellte sich als zweimal so gross heraus als die des Säulenwiderstandes (1/R) (dR/dt) gemessen am Observatorium zu Tateno.Wird das Ionosphärenpotential aus den Messungen des Potentialgefälles mit Radiosonden hergeleitet, so stellt sich bei den an der Syowa-Station in der Antarktik angestellten Messungen kein klarer Jahresgang heraus. Die hier zuvor erwähnten Ergebnisse, jedoch, führen zu der Annahme eines Jahresgangs des Ionosphärenpotentials über der genannten Station, wenn man das Ohm'sche Gesetz auf sie anwendet.

     

On the diffusion of the perturbing toroidal magnetic field from the core to the mantle

Zusammenfassung Es werden die Wurzeln einer charakteristischen Gleichung für die Randbedingung der Diffusion des toroidalen magnetischen Störungsfeldes berechnet, das in dünner Schicht unterhalb der Grenze Kern — Mantel, als eine Folge von Störung der Winkelgeschwindigkeit dieser Schicht in Anwesenheit des magnetischen Dipolfeldes induziert wird. Die Wurzeln werden für verschiedene Werte des Verhältnisses der Leitfähigkeit des Erdmantels und Erdkerns ausgerechnet. Es wird gezeigt, dass das aus dem Milieu mit der elektrischen Leitfähigkeit in das Milieu mit elektrischer Leitfähigkeit _m diffundierende toroidale magnetische Störungsfeld vom Werte _m/<10^–2 an von dem Verhältnis elektrischer Leitfähigkeiten beider Milieus unabhänging bleibt.     

On the determination of the diffusion coefficient of condensation nuclei using the static and dynamic methods

Summary It was intended to carry out a detailed comparison between the values of the diffusion coefficient of condensation nuclei obtained by the static method and the corresponding values deduced from measurements by the dynamic method.In order to increase the accuracy of the diffusion coefficient as determined by the static method, using as decay vessel the fog tube of a photo-electric counter, it was necessary to develop a new version with an air column diameter smaller than that previously employed. Calibration curves for counters with fog tubes of 1.1, 1.9 and 2.5 cm diameter together with that for the standard of 3.85 cm are given.Fürth's theory of the static method was experimentally verified and shown to be consistent in itself.With regard to the dynamic method, the effect of varying the air-flow on the results obtained with the diffusion box was investigated and a marked influence on the value of the diffusion coefficient usingGormley's formula found. A regular and systematic increase of the diffusion coefficient with increase of air-flow, apparently overlooked up to now, was discovered. Within the range of 1 to 4 litres/min air-flow a change by 1 litre/min alters the diffusion coefficient by about 12%. Since for technical reasons during one experiment, adjustment of the air-flow by two litres/min were not uncommon hitherto, the diffusion coefficient determined in this way may be wrong by 25 % of its value for this reason alone. The influence of humidity on the diffusion coefficient determined with the diffusion box was also studied. It was found that the reduction of the diffusion coefficient due to increase in relative humidity from 53 % to 84 % amounts in the average and over a very wide range of diffusion coefficients to about 10 %.The comparison of the diffusion coefficients determined by the static and dynamic methods gave the following results: The diffusion coefficient of large hot nichrome wire nuclei (D 10 · 10^–6 cm²/sec) determined by the static method is approximately one third of that obtained when the dynamic method with an air-flow of 1 litre/min is used. With decreasing size of nuclei the diffusion coefficients measured by the two methods approach each other.It is suggested that the observed discrepancies are due to a thin boundary layer which at the start of the diffusion process is almost free of nuclei. The theory of the static method is accordingly modified and a new formula for the calculation ofD is derived which leads to agreement between the static and the dynamic determinations ofD when it is assumed that the boundary layer has a thickness of about 1.5 mm.

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Zusammenfassung Es war beabsichtigt, eine detailierte Vergleichung der mittels der statischen und dynamischen Methode gemessenen Diffusionskoeffizienten von Kondensationskernen durchzuführen.Um die Genauigkeit der mit der statischen Methode ermittelten Diffusionskoeffizienten, wenn das Nebelrohr des photoelektrischen Kernzählers als Kernspeicher benützt wird, zu erhöhen, war es notwendig ein neues Modell mit einer zylindrischen Nebelkammer von kleinerem Durchmesser, als bisher verwendet, zu entwickeln. Es werden Eichkurven für Zähler mit Nebelrohren von 1.1, 1.9 und 2.5 cm Durchmesser zusammen mit der Eichkurve für den Standard-Kernzähler von 3.85 cm Durchmesser gegeben.Fürth's Theorie der statischen Methode wurde experimentell verifiziert und als in sich selbst verträglich bewiesen.Es wurde ferner der Effekt der änderung des Luftstromes durch den Diffusions-apparat auf die mit der dynamischen Methode bestimmten Diffusionskoeffizienten untersucht, und ein bemerkenswerter Einfluss der Luftstromgeschwindigkeit auf die Grösse des Diffusionskoeffizienten entdeckt, wennGormley's Formel der Auswertung zu Grunde gelegt wird. Ein regelmässiges und systematisches Anwachsen des Diffusionskoeffizienten mit Zunahme der Luftströmung — offenbar bis jetzt übersehen — wurde festgestellt. Für Luftströmungen zwischen 1 und 4 Liter/Min bewirkt eine änderung der Luftströmung um 1 Liter/Min eine änderung des Diffusionskoeffizienten um etwa 12%. Da bisher aus technischen Gründen eine Regulierung des Luftstromes um 2 Liter/Min während eines und desselben Experiments nichts Ungewöhnliches war, so kann deshalb allein der so bestimmte Diffusionskoeffizient um 25 % seines Wertes unrichtig sein. — Auch der Einfluss der Feuchtigkeit auf den mit dem Diffusionsapparat ermittelten Diffusionskoeffizienten wurde geprüft. Es wurde festgestellt, dass die Reduktion des Diffusionskoeffizienten als Folge einer Erhöhung der relativen Feuchtigkeit von 53 auf 84 % im Durchschnitt und für Diffusionskoeffizienten bis zu 500. 10^–6 cm²/sec etwa 10 % beträgt.Die Vergleichung der mittels der statischen und dynamischen Methode gemessenen Diffusionskoeffizienten ergab das folgende Resultat: Der Diffusionskoeffizient grosser,. durch elektrisches Glühen eines Drahtes erzeugten Kondensationskerne (D 10. 10^–6 cm²/sec), wenn mit der statischen Methode bestimmt, ist ungefähr ein Drittel jenes mittels der dynamischen Methode gemessenen Wertes bei einem Luftstrom von 1 Liter/Min durch den Diffusionsapparat. Mit abnehmender Grösse der Kondensationskerne nähern sich die Werte der nach den beiden Methoden bestimmten Diffusionskoeffizienten.Es wird versucht, die beobachteten Unstimmigkeiten durch die Annahme einer dünnen Wandschicht zu erklären, die zu Beginn des Diffusionsprozesses beinahe frei. von Kernen ist. Die Theorie der statischen Methode wurde dementsprechend abgeändert und eine neue Formel für die Berechnung vonD abgeleitet, die zu einer Uebereinstimmung zwischen den statischen und dynamischen Bestimmungen vonD führt, wenn angenommen wird, dass die Wandschicht eine Dicke von ungefähr 1.5 mm hat.

     

Oceanic thunderstorms

Summary The oceanic thunderstorm has long been a difficult phenomenon to investigate. The diurnal variation of these storms together with that of land based storms is essential in providing the statistical correlation between global thunderstorm activity and oceanic potential gradients upon which the classical explanation of the maintenance of the earth's electric charge is based. A data base of over seven million synoptic observations by ships throughout the world ocean has been analyzed to give a fresh approach and insight to the universal time variation of ocean areas affected by thunderstorms. According to these data, the annual average of this ocean area has a mean of 202×10⁴ km² with a diurnal peak of 240×10⁴ km² in the interval of 1800 to 2400 GMT. A diurnal minimum is observed to be 167×10⁴ km² in the interval of 0600 to 1200 GMT.

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Zusammenfassung Es war lange Zeit schwierig, die ozeanischen Gewitter zu untersuchen. Die klassische Erklärung für die Aufrechterhaltung der elektrischen Erdladung gründet sich auf den Zusammenhang zwischen dem luftelektrischen Potentialgefälle auf See und der weltweiten Gewittertätigkeit, wofür die Kenntnis der Tagesgänge der Gewitter über Land und über den Ozean eine wichtige Voraussetzung bilden. Beobachtungsmaterial mit mehr als sieben Millionen synoptischen Beobachtungen — gewonen von Schiffen auf allen Ozeanen — wurde ausgewertet um auf eine neue Weise die von Gewittern bedeckten ozeanischen Flächengrösse in ihrer nach Weltzeit verlaufenden Variation zu untersuchen. Es stellt sich heraus dass das Jahresmittel dieser Flächengrösse bei 202·10⁴ km² liegt, mit einem tageszeitlichen Höchstwert von 240·10⁴ km² in der Zeit zwischen 1800 und 2400 GMT. Ein tageszeitlicher Mindestwert wurde zu 167·10⁴ km² gefunden, welcher zwischen 0600 und 1200 GMT auftritt.

     

Beiträge zur physikalischen Messtechnik hochdisperser Aerosole

Zusammenfassung Es wird über die Ergebnisse einer Reihe von Untersuchungen der Schwebstofftechnischen Abteilung (Aerosolgruppe) des Physikalischen Institutes der Universität Mainz auf dem Gebiet der Herstellung und Vermessung von hochdispersen Aerosolen (r=1.10^–4 cm bis 1.10^–5 cm) berichtet. Hierbei erstreckt sich die Vermessung eines Aerosols nicht nur auf die Bestimmung der Teilchenzahl, sondern auch auf Teilchengrössen, Grössenverteilung (Spektrum), Teilchenmassen, elektrische Teilchenladung und Ladungsverteilung.Die physikalische Untersuchung der Bewegungsvorgänge an den Grenzflächen sehr schnell bewegter Gaslamellen in Flüssigkeiten führte zu einem Zerstäubungsverfahren für Flüssigkeiten (Lösungen, Schmelzen), das mit tragbarem technischen Aufwand Aerosole (Rauche und Nebel) mit Teilchengrössen von 1.10^–5 bis 1.10^–4 cm in Mengen von einigen Gramm/Minute herzustellen gestattet. Hiermit ist die Möglichkeit zur Herstellung von sog. Normalaerosolen mit definierten Spektren aus physiologischer Kochsalzlösung, Sebazinsäure, Siliconoel, geschmolzenen Paraffinen und Zinn gegeben, die meßtechnisch von grosser Bedeutung sind.Als ein Ergebnis der Untersuchung rasch rotierender Gaslamellen wird gezeigt, daß es möglich ist durch spiralförmige Führungsflächen diese zu so schnellen Spiralbewegungen, mit kleinem Durchmesser (0.01 bis 0.1 cm) zu zwingen, daß Radialbeschleunigungen von 10⁺³ bis 10⁺⁴g auftreten, die zum Abscheiden der Aerosolteilchen (bis zur=10^–4 cm) auf einem die Spiralströmung umgebenden engen Zylinder ausreichen. Durch Ueberlagerung eines starken elektrischen Radialfeldes kann der Abscheidungseffekt auf beliebig kleinere Teilchen ausgedehnt werden.Das Verfahren lässt eine Verwendung als Aerosol-Filter zu, desgleichen eine Verwendung als Aerosolspektrometer, da die einzelnen Teilchengrössen räumlich voneinander getrennt, auf durchsichtigen Zylindern aus Kunststoff-Folie aufgefangen und untersucht werden können.Eine endgültige praktische Untersuchung der bis heute meßtechnisch verwendeten Depositionsverfahren zeigt, so daß die Gravitationsdeposition besonders schonend und zuverlässig ist. Diese Erkenntnis führte zur Schaffung eines einfachen für die Praxis im Gelände, Industrie und Bergbau geeigneten Entnahmegerätes für Aerosolproben, wobei die entnommenen Aerosolproben, in einer Zentrifuge auf Glasplättchen niedergeschlagen, der mikroskopischen Untersuchung zugänglich gemacht werden.Auf dem heute wichtigen Gebiet der Untersuchungen und Nachweise radioaktiver Aerosole führt eine systematische Untersuchung und Weiterentwicklung derSilson-Kammer des Diffusionstyps durch konstruktive Verbindung mit einer Kompressionskältemaschine zu einem einfachen praktisch brauchbaren Untersuchungs-und Nachweisgerät, durch dessen Messzellen disperse Systeme beliebiger Art in kontinuierlichem Strom hindurchgeleitet und mit sehr hoher Empfindlichkeit auf vorhandene Aktivität untersucht werden können.

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Summary A report is given on the results of a series of investigations regarding the production and surveying of aerosols of high dispersion (r=1.10^–4 cm to 1.10^–5 cm) carried out by the section dealing with suspended matter (Aerosolgroup) of the Institute of Physics in the University of Mainz.Hereby, the surveying of aerosols comprises not only the determination of the number of particles but also their size, their size distribution (spectrum), their mass, their electrical charge and charge distribution.The physical investigation of the motion phenomena at the boundary surfaces of very rapidly moving gas laminae in liquids led to a process of spraying liquids (solutions, molten masses) which with worthwhile technical effort enables production of aerosols (smokes and fogs) in quantities of several grammes per minute having particle size of from 1.10^–4 to 1.10^–5 cm. Thus, the possibility is given to prepare so-called normal aerosols from physiological solution of sodium chloride, from sebacic acid, silicone oil, molten paraffins and tin with defined spectra which is of great importance for measuring technique.As a result of investigating rapidly rotating gas lamellae it is shown that it is possible to force them by means of spiral guide surfaces to such rapid spiral motions, with small radius (0.01 to 0.1 cm), that radial accelerations of 10⁺³ to 10⁺⁴ g occur which suffice that aerosol particles (up tor=10^–4 cm) are deposited on a narrow cylinder surrounding the spiral stream. By superimposing a strong electric radial field the deposition can be extended to any smaller particles.The process can be used as an aerosol filter, and also as an aerosol spectrometer so that the individual particle sizes can be separated from each other in space, caught on transparent cylinders of plastic foil and examined.A final practical investigation of the deposition methods so far used for measuring purposes shows that the deposition by gravity is particularly gentle and reliable. This knowledge led to the construction of a simple instrument for sampling aerosols suitable for outdoor use, in industry and mining whereby the aerosol samples taken are deposited on glass slides by a centrifuge and made available for microscopic investigation.In the field of examining and detecting radioactive aerosols, so important nowadays, a systematic investigation and development of theWilson-chamber of the diffusion type combined with a compression refrigerating machine leads to a simple and practical testing instrument through the measuring cells of which any disperse system can be conducted in a continuous stream and examined with very high sensitivity for any radioactivity present.

     

A study of the kinetic energy budget of the troposphere over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico

Summary The budget of kinetic energy over the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico during the winter (November–April) and Summer (May–October) half-years of 1960 is established for the finite atmospheric layers 1000/850, 850/700, 700/500, and 500/300 mb. Vertical transports, lateral outflow, and generation of kinetic energy are computed directly from twice-daily aerological soundings, while the dissipation term is obtained as a residual. The frictional dissipation in the boundary layer is independently computed from 1960 ship observations. Kinetic energy dissipation is of the order of 1·10³ ergs·cm^–2 in the layer 1000/850 mb, decreasing in the higher layers. The residual dissipation term would indicate a production of kinetic energy, particularly for the layer 500/300 mb in winter. This would appear consistent with results by other authors. Due to the uncertainties inherent in the computational procedures, however, only limited confidence can be given to the absolute values.

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Zusammenfassung Die Kinetische Energie-Bilanz über dem Amerikanischen Mittelmeer während der Winter-(November–April) und Sommerhälfte (Mai-Oktober) des Jahres 1960 wird für die Schichten 1000/350, 850/700, 700/500 und 500/300 mb untersucht. Vertikaltransporte, seitlicher Export und die Produktion von kinetischer Energie werden direkt von den zweimal täglichen Radiosondenaufstiegen berechnet, während die Vernichtung kinetischer Energie als Restglied der Energiegleichung bestimmt wird. Der Energieverbrauch in der Grenzschicht wird unabhängig auf Grund von Schiffsbeobachtungen des Jahres 1960 abgeschätzt. Die Vernichtung kinetischer Energie hat in der Schicht 1000/850 mb die Grössenordnung von 1·10³ ergs·cm^–2·sec^–1, und nimmt nach den höheren Schichten zu ab. Das Restglied der Energiegleichung zeigt eine Produktion kinetischer Energie vor allem für die Schicht 500/300 mb im Winter an. Das erscheint verträglich mit den Ergebnissen anderer Autoren. Wegen der in den Berechnungsverfahren liegenden Unsicherheiten kommt den Absolutwerten nur begrenzte Gültigkeit zu.

     

Die elektrische Ladung eines ausgedehnten,isolierten Cirrus nothus

Zusammenfassung Bis heute vorliegende direkte Messungen von Grösse und Polarität elektrischer Ladungen in verschiedenen Stockwerken von Gewitterwolken mittels Sondierungen verschiedener Art liefern noch kein widerspruchsfreies Bild. Unter gewissen günstigen Umständen erlauben kontinuierliche synoptisch-luftelektrische Registrierungen an Stationen in verschiedenen Höhen wertvolle ergänzende Einblicke. Es wird über Meßergebnisse unter einem weit ausladenden, vom inzwischen abgestorbenen Gewitterherd abdriftenden Amboßschirm (Cirrus nothus) berichtet. Seine Ladung war einheitlich positiv und betrug maximal 2.5·10^–8 Cb/m² (die Wolke als sehr dünne Schicht betrachtet). Sie schwankte jedoch stark als Folge von Turbulenz und der Inhomogenität der Ladungsverteilung. In Übereinstimmung mit anderen, ähnlichen Beobachtungen kann der Amboß einer Gewitterwolke als grundsätzlich positiv geladen gelten. Als Gesamtladung des Cirrus nothus über dem Generator können +150 Cb geschätzt werden.

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Summary The results of direct measurements of the magnitude and sign of electrical charges at different levels in thunderstorm clouds, as derived from soundings of various types, do not, as yet, furnish a consistent picture. Under specific favorable circumstances, valuable additional information may be gained by using continuous, synoptic atmospheric-electrical recordings made at fixed sites at different elevations. — Results of measurements below an extensive anvil cloud (cirrus nothus) are stated. This cloud was drifting away from its source — an extinct thunderstorm cell — at the time the observation was made. The charge of this sheet cloud was consistently positive with a maximum of 2.5·10^–8 Cb/m². — In this study, the cloud is treated as a very thin layer; we must, however, bear in mind that there are marked intracloud variations on account of turbulence and irregular charge distribution. As in other, similar cases, the anvil of a thunderstorm cloud may be regarded as bearing positive space charge. The total charge of the anvil cloud above the generator cell may be estimated to be +150 Cb.

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Physikalisch-Bioklimatische ForschungsstelleGarmisch-Partenkirchen der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung.     

Le correnti dell'alta troposfera e della stratosfera inferiore sulle regioni equatoriali

Riassunto Riferiti i risultati delle osservazioni dei Cirri, vengono illustrate le caratteristiche delle correnti dell'alta troposfera su Mogadiscio in base ai lanci di palloni piloti eseguiti durante l'Anno Polare 1932–33, ponendo in luce, specialmente per il periodo dal 24–10 al 5-12-1932, il comportamento dettagliato delle correnti orientali ed occidentali, indicando come le deviazioni verso N e verso S di queste (per deformazione deifronti di contatto e successivo abbassamento delle masse d'aria) siano fattori determinanti delle condizioni del tempo in grande nelle regioni tropicali in grado d'influenzare anche quello delle latitudini medie e di giustificare quindi le relative singolarità. Le poche osservazioni stratosferiche hanno accertato una corrente all'incirca di eguale intensità, ma contraria di quella di Krakatoa: però in stagione diversa da quella dell'eruzione e delle osservazioni raccolte a Batavia.

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Zusammenfassung Die Beobachtungen des Zirrenzuges in Mogadiscio während des Polarjahres 1932–33 werden zuerst zusammengefasst. Es folgt dann die Darstellung der Luftströmungen in der oberen Troposphäre auf Grund der Pilotballonvisierungen, woraus u.a. gezeigt wird, dass oft die Richtung des Zirrenzuges nicht mit derjenigen der herrschenden Luftströmungen zusammenfällt. Besonders durch die zahlreichen Beobachtungen des Zeitraumes 24.10-5-12.1932 werden die Eigentümlichkeiten dieser Strömungen eingehend erläutert und damit gezeigt, dass durch die Ablenkung derselben nach Nord oder Süd (für Nachgiebung der Fronten zwischen den O- und W-Strömungen und nachfolgende Senkung der Luftmassen) die Grosswetterlage in tropischen und auch in mittl. Breiten gesteuert und abgeändert wird. Die wenigen Beobachtungen weiche die Stratosphäre erreicht haben, lassen in der Höhe von etwa 30 km die Existenz einer Strömung wahrnehmen von fast gleicher Intensität wie der Krakatauwind, aber von entgegengesetzter Richtung (W). — Die besprochenen Ergebnisse zeigen ausserdem, dass das Bestehen der Ostströmungen in der unteren äquatoriellen Stratosphäre nicht allgemein gilt und dass auch dort die Tropopause nicht mit dem Maximum der Windgeschwindigkeit gekennezeichnet ist.

     

Die Anlagerung von natürlichen Radionukliden an Aerosolpartikel und Niederschlagselemente in der Atmosphäre

Zusammenfassung Es wird die Anlagerung der Zerfallsprodukte des, Radons und Thorons an das atmosphärische Aerosol infolge von Diffusion und elektrostatischer Dipolanziehung diskutiert. Die berechnete Grössenverteilung, des gebildeten, radioaktiven Aerosols stimmt weitgehend mit den Ergebnissen von Diffusionsmessungen überein. Die Aktivierung von Wolken-und Niederschlagselementen erfolgt im wesentlichen durch die Anlagerung trägerfreier, frisch gebildeter RaA-Atome; nur bei langlebigen Zerfallsprodukten spielt die Koagulation mit dem radioaktiven Aerosol eine Rolle. Die Anlagerungsgeschwindigkeit von RaA und ThB an fallende Regentropfen wurde durch Modellversuche bestimmt. Hiernach ist der Auswascheffekt von Regentropfen klein gegenüber der primären Aktivierung der Wolkenelemente. Es wird ein, Verfahren zur kontinuierlichen Messung der RaB- und RaC-Aktivität im Niederschlag beschrieben; die gemessene, mittlere spezifische Aktivität von 3·10^–5 c/cm³ kann mit Hilfe der angegebenen Aktivierungsprozesse befriedigend erklärt werden.

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Summary The attach of Rn- and Tn-decay-products to the atmospheric aerosol is discussed, taking into account diffusion and electrostatic forces. The computed size distribution of the produced radioactive aerosol agrees with the results of diffusion measurements. The activation of cloud and rain droplets with short-lived decay products happens chiefly due to the diffusion of fresh, carrier-free RaA-atoms. The collection efficiency of falling rain droplets for RaA and ThB was measured in model experiments; it is small compared to the activation of cloud elements. A method for the continuous measurement of RaB- and RaC-activity during rainfall is described; the measured, mean specific activity of 3·10^–5 c/cm³ can be explained by the theory of activation processes.

     

Negative ions in air-like gas mixtures

Summary The nature of negative ions in an air-like gas mixture containing 300 ppm²) of carbon dioxide and 1 ppm of water has been investigated using a drift tube working at atmospheric pressure and interfaced with a quadrupole mass spectrometer. It was found that the most dominant ion under equilibrium conditions is CO₄–·(H₂O).

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Zusammenfassung Mittels einer Kombination eines Beweglichkeits-Spektrometers und eines Vierpol-Massenspektrometers, ersteres im Bereich des normalen Luftdrucks arbeitend, wurde die Natur der negativen Ionen in einer luftähnlichen Gasmischung untersucht. Die Gasmischung enthielt 300 ppm²) Kohlendioxid und 1 ppm Wasserdampf. Es wurde festgestellt, dass unter Gleichgewichts-bedingungen das vorherrschende Ion die Formel CO₄–·(H₂O) hat.

     

The relation between the concentration of atmospheric condensation nuclei and other meteorological elements at valentia observatory

Summary Measurements of the concentration of condensation nuclei made twice daily (0h and 12h GMT) with aNolan-Pollak photo-electric counter at Valentia Observatory, in the extreme Southwest of Ireland, over the 4 years 1951–1954, are analysed to show relation with other meteorological elements. It is found that concentration at 12h is generally higher than at (h and that precipitation at the time of observation or in the preceding hour reduces concentration by between 40% and 50%. From measurements made when there was no precipitation at the time or in the previous hour it is found that concentration decreases with increasing wind speed but does not vary appreciably with wind direction apart from a sector from which pollution could be expected. High concentrations are found with visibility below 7 miles, with inversion of temperature, when free from the effects of pollution, follows fairly closely that of duration of bright sunshine.

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Zusammenfassung Es werden Messungen der Konzentration von Kondensationskernen, welche zweimal täglich (um 0 ^h und 12 ^h G.M.T.) mit einem photo-elektrischen Kernzähler nachNolan undPollak am Observatorium in Valentia (im äussersten Südwesten von Irland) in den Jahren 1951 bis 1954 durchgeführt wurden, auf Beziehungen zu anderen meteorologischen Elementen hin untersucht. Die Resultate zeigen, dass die Konzentration um 12 Uhr im allgemeinen grösser ist als um 0 Uhr und, dass die Niederschlag zur Zeit der Beobachtung oder in der der Beobachtung vorausgehenden Stunde die Konzentration um 40 bis 50% herabsetzt. Wenn kein Niederschlag zur Zeit der Messung oder in der vorangehenden Stunde verzeichnet wurde, nimmt die Konzentration mit zunehmender Windgeschwindigkeit ab; sie ändert sich jedoch nicht nennenswert mit der Windrichtung, abgesehen von einem Sektor, aus welchem Verunreinigung zu erwarten war. Hohe Konzentration wurde bei Sichtweiten unterhalb 7 Meilen gefunden, ferner bei Temperaturinversion, und, um 12 Uhr, bei geringer Bewölkung. Der jährliche Gang der Konzentration der Kerne folgt ziemlich genau jenem der Sonnenscheindauer, wenn die Fälle, wo Verunreinigung der Luft stattfindet, ausgeschlossen werden.

     

On condensation nuclei produced at heated surfaces

Summary An investigation of heated surfaces of glass, metal and oil as sources of condensation nuclei is reported. Below a certain transition temperature the nucleus production is of a temporary nature and decreases to zero with the continued heating of the surface. Above this temperature, however, the nucleus production does not change with time. The transition temperature varies with the material of the surface and is not always associated with the onset of incandescence. The nuclei produced at the lower temperatures have a radius of about 10^–5 cm and, on production, are mainly uncharged. Electric light bulbs can produce appreciable numbers of these nuclei.

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Zusammenfassung Es wird über eine Untersuchung von geheizten Glas-, Metall-und Öloberflächen als Quelle von Kondensationskernen berichtet. Unterhalb einer gewissen Übergangstemperatur ist die Kernerzeugung unbeständig und sinkt bei fortgesetzter Heizung der Oberfläche auf null. Oberhalb dieser Temperatur ändert sich die Kernproduktion nicht mit der Zeit. Es wurde gefunden, dass sich die Übergangstemperatur mit dem Material der Oberfläche ändert und nicht immer mit dem Beginn des Glühens assoziiert ist. Die Kerne, welche bei den niedrigeren Temperaturen erzeugt werden, haben einen mittleren Radius von ungefähr 10^–5 cm und sind bei ihrem Entstehen grösstenteils ungeladen. Elektrische Glühlampenkönnen eine beträchtliche Zahl dieser Kerne erzeugen.

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Note: The research reported in this document has been sponsored in part by the Office, Chief of Research and Development, U.S. Department of Army, through its European Office under Contract No. DA-91-508-EUC-194.     

Geomagnetische Tiefentellurik Tell I: Die elektrische Leitfähigkeit der Erdkruste und des oberen Erdmantels

Zusammenfassung Die magneto-tellurischen Verhältnisse in Niemegk und Ückermünde wurden für einen Periodenbereich von 10 bzw. 50 sec bis 86 400 sec ausgewertet. Der scheinbare Widerstand ist abhängig von der Richtung und von der Periode. Aus den magnetischen Variationen läßt sich angenähert die Richtung der Induktionsströme bei inhomogenem Untergrund feststellen. Durch Vergleich mit Ergebnissen an anderen Orten zeigt sich, daß der elektrische Widerstand der Kruste und des Mantels in horizontaler Richtung sehr unterschiedlich ist. Die Widerstände sind kleiner als man bisher angenommen hat und keinesfalls in der Größe von 10 000 m.

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Summary The apparent resistivity as a function of period (10–86400 sec) was deduced from magnetic and telluric registrations for the stations Niemegk and Ückermünde. The amount of apparent resistivity depends on direction and the period of the variation. It is possible to determine the direction of the induced currents in case of regional electrical inhomogeneities from magnetic registrations alone. In comparing these results with those of other stations it is seen that the resistivity in horizontal directions differs very much from place to place for the earthcrust and the upper mantle. The specific resistivities are much smaller than thougt before, they amount hardly 10⁴ m locally and never for the whole earth.

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Mitteilung Nr. 114 des Geomagnetischen Instituts Potsdam.     

Energy and duration of a sudden ionospheric disturbance

Summary A study was made of the maximum amount of energy which might be absorbed by the atmosphere down to 80 km during a sudden ionospheric disturbance. Assuming that the ionization is caused by Lyman radiation from the sun, and that all oxygen present is ionized, the energy absorbed by the sunlit hemisphere is 5.65·10²⁷ ergs.

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Zusammenfassung Durchgeführt wurde eine Untersuchung über den maximalen Energiebetrag, der bei einer sprunghaften ionosphärischen Störung bis auf eine Tiefe von 80 km herab durch die Atmosphäre absorbiert werden dürfte Wenn man annimmt, dass die Ionisation durch die Lymansche -Strahlung von der Sonne her bewirkt wird und dass der ganze vorhandene Sauerstoff ionisiert wird, dann ist die von der sonnenbestrahlten Hemisphäre absorbierte Energie 5.65·10²⁷ ergs.