Experiments with condensation nucleus size spectrometers

Summary The paper presents the theory of an electrical method for resolving a polydisperse aerosol — brought up to charge equilibrium — usingBoltzmann's law of charge distribution which was suggested byT. A. Rich, and reports on experimental tests of this method and on a comparison of its results with those obtained by theL. W. Pollak & A. L. Metnieks' exhaustion method employing a diffusion battery without end-pieces or connecting tubing.The application of the novel diffusion battery without end-pieces or connecting tubing for determining the diffusion coefficient of nuclei stored in a balloon gasometer showed, as in the case of room air nuclei, that the apparent diffusion coefficient increases with increased flow rates and that the increase becomes bigger with decreasing size of nuclei; thus the dependence of the apparent diffusion coefficient on the air-flow is not caused by impaction and deposition of the nuclei in the end-pieces nor by losses in the tubing.No frictional electrical charges on the diffusion battery were, of course, detected when the battery constructed entirely of metal was earthed, and no influence on the diffusion coefficient as determined by the dynamic method was found when the insulated diffusion battery was charged to 52 volts.The resolution of polydisperse aerosols by determining the mobility spectrum of the charged components of the aerosol, brought up to charge equilibrium, showed that the electrical method is well suited for nucleus populations with large percentage of charged nuclei (rather big nuclei) and is sensitive enough to indicate the ageing, even over a few hours, of a stored aerosol. The equivalent radius as computed from the concentrations of the charged and uncharged nuclei of an aerosol under charge equilibrium conditions agrees very well indeed with the average radius of the size spectrum determined by the electrical method and represents so far the best single size characteristic of a polydiperse aerosol.The results obtained so far by the electricla and dynamic methods are in good agreement both with regard to the spectral distribution of the components and to the average size of the nuclei.

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Zusammenfassung Die Theorie einer elektrischen Methode zur Zerlegung eines heterogenen Aerosols in seine Komponenten, welche vonT. A. Rich vorgeschlagen wurde, wird entwickelt. Die Kerne des Aerosols werden in Ladungsgleichgewicht gebracht undBoltzmann's Gesetz der Ladungsverteilung benützt. Über eine experimentelle Prüfung dieser Methode und die Vergleichung ihrer Resultate mit jenen der Exhaustions-Methode nachL. W. Pollak & A. L. Metnieks, die eine Diffusionsbatterie benützt, wird berichtet.Die Anwendung der neuartigen Diffusionsbatterie ohne Endstücke oder Verbindungsröhren zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten von Kondensationskernen, welche in einem Gasometer gespeichert waren, zeigt — wie im Falle von Kernen in Laboratoriumsluft —, dass der virtuelle Diffusionskoeffizient mit zunehmender Luftstromgeschwindigkeit wächst und dass der Zuwachs mit abnehmender Grösse der Kerne grösser wird; die Abhängigkeit des virtuellen Diffusionskoeffizienten vom Luftstrom ist daher nicht durch das Aufprallen und die Ablagerung der Kerne in den Endstücken oder durch Verluste in den Verbindungsröhren verursacht.Es wurden natürlich keine reibungs-elektrischen Ladungen an der Diffusionsbatterie festgestellt, wenn die ganz aus Metall konstruierte Diffusionsbatterie geerdet war, und es wurde ferner kein Einfluss auf den mittels der dynamischen Methode bestimmten Diffusionskoeffizienten gefunden, wenn die isolierte Diffusionsbatterie auf 52 Volt geladen wurde.Die Bestimmung des Beweglichkeitsspektrums der geladenen Komponenten eines polydispersen Aerosols, welches mittels eines Alphastralers in Ladungsgleichgewicht gebracht wurde, zeigte, dass die elektrische Methode zur Zerlegung von Aerosolen mit hohem Prozentsatz geladenerr Kerne (ziemlich grossen Kernen) wohl geeignet und dass sie hinreichend empfindlich ist, die Alterung eines in einem Gasometer gespeicherten Aerosols während weniger Stunden erkennen zu lassen.Der aequivalente Radius, wie er aus der Konzentration der geladenen und ungeladenen Kerne eines im Ladungsgleichgewicht befindlichen Aerosols berechnet werden kann, stimmt sehr gut mit dem mittleren Radius überein, wie er sich aus dem elektrisch bestimmten Grössenspektrum ergibt. Der aequivalente Radius stellt die bis jetzt beste durch eine einzige Zahl ausgedrückte Grössencharakteristik eines polydispersen Aerosols dar.Die bisher mit der elektrischen und dynamischen Methode erhaltenen Resultate stimmen gut überein, sowohl rücksichtlich der spektralen Verteilung der Komponenten als auch bezüglich der aus ihnen abgeleiteten mittleren Kerngrösse.

     

A photo-electric nucleus counter with size discrimination

Summary A variation of theNolan-Pollak photo-electric nucleus counter for size discrimination is described. Instead of applying an over-pressure, the sample in fog-tube of the new instrument starts at atmospheric pressure and expands into two evacuated containers. The expansion into the first container is as rapid as possible and this determines the maximum supersaturation. The expansion into the second is slow enough to permit the growth of water drops to limit the supersaturation below the initial value, and yet fast enough so that the expansion is essentially adiabatic. The calibration is essentially the same as long as the sum of the two volumes is constant, and only those particles smaller than the size determined by the initial supersaturation contribute to the reading.

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Zusammenfassung Es wird eine Modifikation des photoelektrischen Kernzählers vonNolan undPollak zur Unterscheidung der Kerngrösse beschrieben. Anstatt einen Ueberdruck in der Nebelkammer zu erzeugen, wird die Luftprobe von ihrem ursprünglichen Luftdruck in zwei evakuierte Behälter expandiert. Die Expansion in den ersten Behälter wird so schnell als möglich durchgeführt; diese bestimmt das Maximum der Uebersättigung. Die Expansion in den zweiten Behälter wird so langsam vorgenommen, dass das Wachsen der Wassertröpfchen ermöglicht und die Uebersättigung unter dem Anfangswert begrenzt wird, doch rasch genug, dass die Expansion im wesentlichen adiabatisch erfolgt. Die Kalibrierung ist im wesentlichen die gleiche, so lange die Summe der zwei Volumina konstant ist, und nur jene Teilchen tragen zur Messung bei, deren Grösse kleiner ist als jene, welche durch die anfängliche Uebersättigung bestimmt ist.

     

Comments on the definition of turbulence

Zusammenfassung Es werden Gründe erläutert, die zur Äusserung einer auf dem Begriff der Ergodizität beruhenden Definition der Turbulenz führen. Wir gehen von der Theorie der Unstabilität der Strömung bei Wirkung einer Störung der endlichen Amplitude aus. Es wird das Ergodenproblem im Landauschen Modell der entwickelten Turbulenz behandelt und einige mit der Ergodenhypothese zusammenhängende Folgen erörtert. Als ein Anfangselement gilt für uns der Begriff der Transitivität. Wir beachten auch die Beziehung zwischen der metrischen Transitivität und der Eigenschaft des Durchmischens der Bewegungen sowie die Relation zwischen dem energetischen Storungsspektrum und der Ergodenhypothese.     

Free non-radial vibrations of the earth

Summary Earthquake shear waves with period around 12.2 min have been lately reported byM. Båth (1958), who suggests that these might be due to torsional vibrations of the whole mantle on some axis through the centre of the earth. An attempt has been made here to put forward a theory which accounts for such vibrations. The general elastokinetic equation for a heterogeneous isotropic medium is solved for a free spherical shell overlying a liquid core, and the solution is investigated for the first two modes. The frequency equation is solved for a shell and the limiting cases of a full sphere and an infinitely thin shell. Application is then made for various approximate mantle models, and periods are found which are in fair agreement with the observed. It is then shown that if the rigidity of the core is taken into consideration a closer agreement with the observed might be attained.

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Zusammenfassung Seismische Transversalwellen mit einer Periode von rund 12.2 min sind neulich vonM. Båth (1958) beobachtet worden, der vermutet, dass sie Torsionsschwingungen des ganzen Erdmantels um eine Achse durch das Erdzentrum sind. Ein Versuch wird hier gemacht eine Theorie für solche Schwingungen zu entwickeln. Die allgemeine elastokinetische Gleichung für ein heterogenes, isotropisches Medium wird für eine freie, sphärische Schale über einem flüssigen Kern gelöst, und die Lösung wird für die zwei ersten Schwingungsformen untersucht. Die Frequenzgleichung wird für eine Schale und für die Grenzfälle einer ganzen Sphäre und einer unendlich dünnen Schale gelöst. Die Lösungen werden dann auf verschiedene, approximative Mantel-Modellen angewendet, und Perioden werden gefunden, die ziemlich gute Übereinstimmung mit der beobachteten Periode zeigen. Es wird danach gezeigt, dass, falls die Righeit des Erdkerns in Betracht gezogen wird, eine noch bessere Übereinstimmung mit der beobachteten Periode erreicht wird.

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This research was supported by Eng.Herbert E. Linden of Beverly Hills, California.     

Zum Problem der elektrischen Übertragung seismischer Impulse über grössere Entfernungen mittels Kabel

Zusammenfassung Es wird untersucht, mit welcher Verzögerung und Verformung eine in einem Induktions-Seismometer erzeugte elektrische Spannungsschwankung die Registriervorrichtung erreicht, wenn die Uebertragung durch eine Leitung erfolgt. Es werden «Verformungszahlen» definiert, mittels deren sich Leitungen verschiedenen Typs hinsichtlich der Formtreue der Uebertragung vergleichen lassen. Einige Beispiele hierfür werden behandelt. Die erforderliche Selbstinduktivität (Pupinisierung) eine freischwebenden Doppelleitung für grösstmögliche Formtreue wird angegeben. Hierbei ergibt sich z.B. für 20 km Kabellänge eine Laufzeit von der Grössenordnung einer hundertstel Sekunde.

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Summary It is beeing investigated, with which retarding and deforming one in an induction-seismometer generated electrical tension-oscillation the recorderapparatus arrives, presuming the transformation has been taken by means of wire. Numbers of deforming are given, which allowes the comparison by different types of wires, regarding the true shape of the transmission. A few examples will be described. The necessary selfinduction («Pupinisierung») of a freehanging doublewire for the greatest possible true shape is named. Thereby results for instance by a cablelength of 20 km a traveltime of about 1/100 of a second.

     

Die Auswertung von seismischen Refraktionsmessungen in einem einachsig Inhomogenen Körper mit abgebrochenen Potenzreihen

Zusammenfassung Es wird im Anschluss an meine letzte Arbeit (7) dargelegt, wie man seismische Refraktionsmessungen in einem einachsig inhomogenen Körper mit abgebrochenen Potenzreihen als Laufzeitflächen auswerten kann. Das Verfahren wird an zwei Beispielen aus der Praxis erprobt und gleichzeitig ergänzend erläutert. Abschliessend wird durch einen Vergleich mit der neuen Theorie dieHerglotz'sche Lösung in einer neuen Form dargestellt.

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Summary In connection with my last paper (7) the interpretation of seismic travel-time surfaces (r) for refracted rays is given under the assumption that (r) is a power serie with a finite number of terms. With the results two typical examples are treated. Finally theHerglotz solution is given in a new form.

     

Comment on the effect of a vorticity centre on a frontal boundary

Zusammenfassung Es wird der Einfluss des sogenannten Vorticity-Zentrums auf die Grenzfläche zweier Luftmassen der mittleren geographischen Breiten studiert. Zwecks Aufklärung der Rolle des Bewegungs- und Druckfeldes in diesem Prozesse wurde ein einfaches Modell konstruiert und numerisch gelöst. Die sich entwickelnde frontale Welle kann beziehungsweise als ein Anfangswert beim Lösen der mit der Stabilität der Wellen verbundenen Probleme mittels der Gleichungen, linearisiert durch die Methode der kleinen Störungen, dienen. Bei der Konstruktion des Modells wird ausser anderem von der Geometrie der Bewölkung ausgegangen, wie sie auf den Aufnahmen der meteorologischen Satelliten erfasst ist.     

Directional permeability of porous media to homogeneous fluids

Summary Investigations have shown that in groundwater- and oil-bearing strata there are preferential directions of flow that are often maintained over wide areas.Johnson & Hughes (1948, see Ref.) analysed a series of oil well cores by cutting them into small horizontal plugs and they obtained directional permeabilities which they plotted in the form of polar graphs. They were not able to give a physical explanation of this phenomenon. On the other hand, there exists a theory of permeability in which the latter is represented as a symmetric tensor. This theory has been developed byFerrandon (1948, see Ref.), but no experimental substantiation of it seems ever to have been attempted.In the present paper, the author undertakes to compare the two sets of findings. FromFerrandon's theory, the directional permeabilities (denoted byk) corresponding to the experiments ofJohnson & Hughes are calculated and it is shown thatk ^–1/2 if plotted as polar graph, should form an ellipse. The data ofJohnson & Hughes are then are drawn. In this manner, a substantiation of the tensor theory ofFerrandon is obtained.

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Zusammenfassung Untersuchungen der Permeabilität von Grundwasser und Erdöl führenden Gesteinsschichten haben gezeigt, dass dieselbe in vielen Fällen richtungsabhängig ist. Hierbei bleibt die Richtung extremaler Permeabilität oft über weite Gebiete konstant.Johnson & Hughes untersuchten eine Reihe von Bohrkernen von Oelquellen auf Richtungsabhängigkeit der Permeabilität. Hierzu schnitten sie aus denselben kleine, waagrechte Stücke, bestimmten deren Permeabilität und stellten das Ergebnis ihrer Messungen in der Form von Permeabilitätspolardiagrammen dar. Sie waren nicht im Stande, eine theoretische Erklärung der erhaltenen Kurven zu geben. Auf der anderen Seite existiert eine Theorie der Permeabilität, wobei die letztere als symmetrischer Tensor behandelt wird. Diese Theorie wurde vonFerrandon vorgeschlagen; es scheint aber, dass keine experimentelle Bestätigung davon je versucht worden ist.In der vorliegenden Arbeit vergleicht der Verfasser die zwei Typen von Untersuchungen. Nach derFerrandon'schen Theorie wird die «gerichtete» Permeabilität (mitk bezeichnet), die den Experimenten vonJohnson & Hughes entspricht, berechnet. Es wird gezeigt, dassk ^–1/2, als Polardiagramm dargestellt, die Gestalt einer Ellipse haben sollte. Die Resultate vonJohnson & Hughes werden dann in die Form vonk ^–1/2 umgerechnet und als entsprechende Polardiagramme dargestellt. In dieser Weise wird eine experimentelle Bestätigung der Tensortheorie vonFerrandon erhalten.

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Published by Permission of Imperial Oil Limited, Calgary, Alberta (Canada).     

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.

     

Über die Verlängerung der Periode Seismischer Wellen

Zusammenfassung Seismische Wellen aller Art zeigen mit zunehmender Entfernung vom Quellpunkt eine Verlängerung ihrer Perioden. Zugleich findet eine Abnahme der Amplituden und ein Ausglätten der Bodenbewegung statt, die schliesslich, wie immer sie beschaffen gewesen sein mag, sinusartigen Charakter annimmt. Dieser Erscheinungskomplex wird durch die Theorie nicht wiedergegeben. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wo der Grund für diese Nichtübereinstimmung zwischen Theorie und Erfahrung liegen könnte. Er könnte einerseits in der Art und Weise zu suchen sein, wie die Diffgn. der Elastizitätstheorie integriert werden (die Dichte wird als konstant vorausgesetzt), er könnte aber auch darin liegen, dass die Erde kein vollelastisches, sondern ein visko-elastisches Medium ist. In jedem der beiden Fälle müsste, wenn sie berücksichtigt werden, der fragliche Erscheinungskomplex durch die Theorie wiedergegeben werden. Wahrscheinlich aber hat man beide Umstände zusammen zu berücksichtigen.     

Die elektrische Ladung eines Flugzeuges bei Vereisung in Quellwolken

Zusammenfassung Es wurde die Aufladung eines Flugzeuges beim Flug durch Quellwolken gemessen. Es ergab sich, dass beim Einflug in die Wolke und bei einsetzender Vereisung das Flugzeug stark negativ aufgeladen wurde, nach dem Abtauen blieb eine kleine positive Restladung zurück. Das maximale Potential des Flugzeugs betrug ca. 35 KV/m. Das Vorzeichen der Aufladung steht im Einklang mit den vonWorkman im Laboratorium ermittelten Werten.

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Summary The charge of an airplane flying through thunderclouds has been measured. It was stated that icing caused a heavy negative charging of the plane, whilst after deicing a weak positive charge remained. The maximum amount of the potential was found to be about 35 KV/m, limited by spray discharging. The sign of the charge agrees with the tests, made byWorkman in laboratory.

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Résumé On a remarqué qu'un avion était chargé négativement lors de son entrée dans une nuage orageuse et cela par suite de la formation de glace. Après que la glace ait disparu on peut noter encore une petite charge positive. Le signe de la charge produite s'accorde avec les observations faites en laboratoire parWorkman.

     

Bemerkungen zu den «Januar-Singularitäten» der Konzentration atmosphärischer Gefrierkerne

Zusammenfassung Messungen der Gefrierkernkonzentration während der Jahre 1957 und 1958 zeigten im Verlauf des Monats Januar markante Spitzenwerte, die zeitlich mit den vonE.G. Bowen vorhergesagten Maxima übereinstimmten. Da es große Schwierigkeiten bereitet, das Auftreten dieser Maxima durch die «Meteorstaubhypothese» zu erklären, wird auf Umstellungen der Zirkulation der Atmosphäre im Januar hingewiesen, die möglicherweise diese Schwankungen der Gefrierkernkonzentration auslösen können.

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Summary Investigations on freezing nuclei show characteristic anomalies of the concentration during January 1957 and 1958. These anomalies fit in the schedule predicted byE.G. Bowen for the occurrence of high values of freezing nuclei. Since the explanation on the basis of the meteor-dust theory appears difficult, fluctuations of the atmospheric circulation during January may be responsible for the peak-values of the freezing nuclei concentration.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate, Air Force Cambridge Research Center, ARDC, under contract AF 61 (514)-927 through the European Office, ARDC.     

The precision nucleus counter (Pollak type) with automatic recording

Summary In order to obtain an automatic recording nucleus counter with greater accuracy than that ofVerzár, a precision photoelectric nucleus counter (Pollak type) with ceramic lining and internal diameter 2.5 cm has been substituted for the horizontal fog tube inVerzár's automat. Certain small alterations, have been made to the electric circuit of the recorder. The new arrangement can be easily calibrated and shows an accuracy approaching that of the precision counter operated under optimum conditions.

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Zusammenfassung Um einen automatischen Kondensationskernzähler von grösserer Genauigkeit als es der vonVerzár ist, zur Verfügung zu haben, wurde das horizontale Nebelrohr im Automaten vonVerzár durch einen photo-elektrischer Präzisions-Kernzähler (BauartPollak) mit unglasiertem Porzellanfutter und einem inneren Durchmesser von 2.5 cm ersetzt. An der elektrischen Schaltung der Registriereinrichtung wurden gewisse kleine Änderungen vorgenommen. Die neue Anordnung kann leicht geeicht werden und besitzt eine Genauigkeit, welche jene des Präzisions-Kernzählers unter optimalen Betriebsbedingungen erreicht.

     

Geo-electrical investigations of Manganese ore bodies in India

Summary The Manganese ore-bodies in India are producing certain electrical potential-fields on the surface, which are typical for those deposits and which can exactly be surveyed by combined Potentiometer- and Resistivity-Method. The range of the relative Potentials, recorded so far, are generally varying between 150 to 200 millivolts, near deeper burried deposits accordingly lower but not lower than 100 millivolts, the relative resistivities varying from 50 to 400 megohms. The electrical surface indications are so clear that the respective position of an ore body can be located with an evident exactness as it is proved in this paper. Furthermore it is demonstrated how vaste geological areas can be prospected in a minimum of time by this method for the benefit of the mining industry.

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Zusammenfassung Die Manganerzkörper in Indien erzeugen an der Erdoberfläche elektrische Potentialfelder, die für die Lagerstätten typisch sind und durch kombinierte Potentiometer- und Widerstandsmessungen exakt aufgenommen werden können. Die bisher ermessenen Werte der relativen Potentiale bewegen sich zwischen allgemein 150 bis 200 Millivolt, bei tieferer Lage entsprechend niedriger, jedoch nicht unter 100 m V. Die scheinbaren Widerstände schwanken zwischen 50 und 400 megohm. Die elektrischen Oberflächenindikatoren sind so ausgeprägt, dass das Einschieben der Erzkörper mit beachtlicher Genauigkeit bestimmt werden kann wie in diesem Aufsatz nachgewiesen wird. Des weiteren wird dargetan, wie mittels dieses Verfahrens grosse geologische Räume in kürzester Zeit zum Nutzen des Erz-Bergbaues prospektiert werden können, wofür bislang noch keine geeignete Methode erprobt war.

     

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.

     

Das Impulsaktinometer

Zusammenfassung Das Impulsaktinometer arbeitet mit Bolometermessbrücken, die nur die kurze Zeit mit Spannung belastet werden, die zur Feststellung des Ausschlages des Brückengalvanometers erforderlich ist. Da stets genügend Zeit zum Abkühlen gegeben ist, können Messbrücken in dieser Schaltung wesentlich höher belastet werden als gewöhnliche Bolometer. Bei der Anwendung dieses Prinzips auf die Messung der direkten Sonnenstrahlung entstehen Aktinometer, die mit unempfindlichen Galvanometern arbeiten. Ihre Abmessungen sind klein genug, dass das eigentliche Aktinometer und das Galvanometer zu einer Einheit zusammengefasst werden können. Hierdurch entstehen Instrumente, die leicht in der Herstellung und im Gewicht sind und aus überall in der Welt käuflichen Materialien angefertigt werden können, Sie haben sich bereits auf Expeditionen bewährt.Der beschriebene Apparat enthält vier Aktinometersysteme für verschiedene Spektralgebiete. Der Aufbau des Gerätes und seine Einzelheiten wie Bolometer, Diaphragmen, Einstellungsvorgänge, Galvanometer, Filter, Schaltung usw. werden besprochen und das Vorgehen bei der Messung behandelt. Es wird auch eine Theorie des Temperaturkoeffizienten gegeben und die Justierung beschrieben. Die Prüfung des Gerätes mit demLinke-Feussner-Aktinometer ergab eine mittlere Abweichung von ±1.3%, die auf Verschiedenheiten bei der Exposition beider Instrumente zurückgeführt werden kann.

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Summary The pulse-actinometer works with bolometers, i. e. with Wheatstone's bridge circuits. The principle of operation of this actinometer is based upon an overloading of those bolometers with a relatively high current. Obviously such a high current can only be connected for a brief period, which, however, has to be sufficiently long for reading the deflection of the galvanometer.This principle makes it possible to use relatively insensitive galvanometers of small size so that they may be built into the case surrounding the whole instrument. The actinometer uses ordinary radio components and its construction is extremely simple and should not present any difficulties. The instrument has successfully been used on various expeditions.The apparatus contains four different actinometer systems for different spectral ranges. The design of the instrument, its properties as bolometers, diaphragms, galvanometer, filters, circuit diagram, and its operation are treated. Furthermore a theory of the temperature coefficient is given and the final adjustement is described in detail. The calibration of the instrument with theLinke-Feussner Actinometer resulted in a deviation of ±1.3%, which can be explained by the differences in the operating procedures of both instruments.

     

Der physikalische Zusammenhang zwischen der statischen Abplattung und dem inneren Aufbau der Erde auf der hypothetischen Grundlage einer sechsparametrigen Gleichgewichtsfigur

Zusammenfassung Es wird eine allgemeine Theorie der mehrparametrigen Gleichgewichtsfiguren entwickelt. Die Gleichgewichtsbedingung wird folgendermaßen formuliert: 1. Das Dichtegesetz ist streng individuell. 2. Jede Gleichgewichtsfigur besteht aus mehreren, durch Diskontinuitätsflächen getrennten Teilen, deren jeder das Dichtegesetz der einparametrigen Gleichgewichtsfiguren aufweist oder homogen ist. 3. Bei Entblätterung der Figur bis zur innersten Diskontinuitätsfläche resultiert ein null oder einparametriger Kern. Für das Normalsphäroid der Erde wird ein dreiteiliges Modell zugrundegelegt, bestehend aus einer homogenen Wasserhülle, einem heterogenen Mantel und einem ebensolchen Kern. Nach Abhebung des Ozeans verbleibt eine vierparametrige Festerde, wobei die Kernoberfläche in 2900 km Tiefe angenommen wird. Da zur eindeutigen Lösung zwei Bestimmungsstücke fehlen, erhält man ² Lösungen, deren Gültigkeitsbereich durch drei lineare Reihen von Grenzfiguren abgeschlossen ist: eine Figurenreihe mit homogenem Kern und heterogenem Mantel, eine Reihe mit homogenem Mantel und heterogenem Kern und eine Reihe mit verschwindendem Dichtesprung an der Kernoberfläche. Die drei Ecken des Feldes sind durch folgende Figuren gegeben:a) einWiechert'sches Modell, bestehend aus einem homogenen Mantel und einem homogen Kern; diese Figur weist das maximale HauptträgheitsmomentC auf.b) die GrenzfigurB mit homogenem Kern und verschwindendem Dichtesprung, welche das minimale Trägheitsmoment hat.c) die GrenzfigurC mit homogenem Mantel und dem Dichtesprung Null. Innerhalb der empirischen Unsicherheit fällt das aus der dynamischen und statischen Abplattung der wirklichen Erde für die Festerde berechnete Hauptträgheitsmoment mit dem Minimalwert der FigurB zusammen. Es scheint demnach, daß die wirkliche Erde durch einen minimalen Drehimpuls ausgezeichnet ist, womit aber gleichzeitig der Kern homogen sein muß und an der Kernoberfläche kein Dichtesprung auftreten dürfte.

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Summary A general theory of multiparameter figures of equilibrium is developed. The condition of equilibrium is formulated as follows: 1. The density-law is strictly individual. 2. Each figure of equilibrium consists of several parts separated by surfaces of discontinuity, each of which has the density-law of the one parametric figures of equilibrium or is homogeneous. 3. Peeling off the figure to the lowest surface of discontinuity results a zero- or a one parametric core. For the normal spheroid of the earth a three-partite model consisting of a homogeneous water-cover, a heterogeneous mantle and of such a core is taken as basis. After peeling off the ocean a four-parametric solid earth remains, assuming the depth of the surface of the core in 2900 km. As for an unequivocal solution two data are lacking, we find ² solutions the domain of which is separated by three linear series of boundary-figures: a series of figures with homogeneous core and heterogeneous mantle, a series of figures with homogeneous mantle and heterogeneous core and a series with vanishing difference of density on the surface of the core. The three corner points of this field are represented by following figures:a) aWiechert-model consisting of a homogeneous mantle and a homogeneous core; this figure has the maximum of moment of inertiaC. b) the boundary figureB with homogeneous core and vanishing difference of densities, which has the minimum ofC. c) the boundary figure with homogeneous mantle and also vanishing difference of densities on the surface of the core. Within the empirical uncertainty the moment of inertiaC calculated from the dynamic and static flattening of the real earth coincides with the minimum value of figureB. Therefore it seems that the real earth is distincted by the minimum moment of rotation, in which case simultaneously the core must be homogeneous and the difference of density on the core's surface must vanish.

     

Die Höhen- und Zeitabhängigkeit des Austauschkoeffizienten in der Bodenschicht

Zusammenfassung Es werden tägliche Gänge des Austauschkoeffizienten an zwei Stationen, Leafield (England) und Ismaila (Aegypten), die jeweils einen bestimmten Klimatyp repräsentieren, mit und ohne Berücksichtigung des Turbulenzcharakters berechnet. Die Berücksichtigung des Turbulenzcharakters (in erster Näherung in Abhängigkeit von Strahlung und Wind) führt zur charakteristischen Auswahl, z. B. zum Konvektionstyp, Stratustyp, die Nichtberücksichtigung zur klimatologischen Auswahl. Beide Auswahlen werden miteinander verglichen und Kriterien über ihre Anwendung festgelegt. Zusätzlich werden die jährliche Variation betrachtet und die Gänge in empirisch- analytische Funktionen zerlegt. Als Grundlage zur Berechnung dienen die Temperatur- bzw. Temperaturgradientregistrierungen vonN. K. Johnson undG. S. P. Heywood (⁷) über 5 Jahre in 5 Niveaus (1.2, 2.4, 30.4, 57.4, 87.7 m, Leafield) und die vonW. D. Flower (⁸) über ein Jahr in 4 Niveaus (1.1, 16.2, 46.4, 61.0 m, Ismaila). Es wird gezeigt, dass der lineare Höhenansatz für den Austauschkoeffizienten, der für eine adiabatische Atmosphäre gilt, nicht auf eine wirkliche Atmosphäre angewandt werden darf; als ein günstiger Ansatz wurde im Höhenintervall von 10–100 m dasGauss'sche Fehlerintegral gefunden, der durch die Berechnung der Austauschkoeffizienten in zwei Messtufen für Leafield geprüft werden kann; die bisherigen Berechnungen beschränkten sich auf eine Meßstufe und ergaben keine Möglichkeit, den Ansatz zu prüfen. Dieser Höhenansatz ergibt einen stetigen Uebergang von der Boden- zur Oberschicht, oder anders ausgedrückt, von der Schicht mit höhenabhängigem Austausch zu der mit höhenkonstantem, so erhält man die vonC. G. Rossby (⁹) eingeführte Restturbulenz (residual turbulence). Es werden tägliche Gange des Austauschkoeffizienten im einzelnen diskutiert; besonders der Spezialfall der klaren Junitage von Leafield (Konvektionstyp der gemässigten Breiten), für den eine Modellvorstellung entworfen wird, bei der die Wechselwirkung von Strahlung, Schichtung, Temperatur und Austausch gleichzeitig betrachtet wird.Ausgehend von der zweiten Diffusionsgleichung des atmosphärischen Austauschs wird gezeigt, dass sowohl für den Austausch als auch für das Integral der Diffusionsgleichung die Trennung der Variablen möglich ist mit der Einschränkung, dass bei Tagen bzw. Auswahlen von Tagen mit ausgesprochenem täglichen Gang für Tag und Nacht verschiedene höhenfunktionen erforderlich sind. Die beiden separaten (gewöhnlichen) Differentialgleichungen, die nach der Trennung der Variablen erhalten wurden, werden vorerst getrennt integriert und die Konstanten jeweils voneinander unabhängig berechnet; damit erhält man einerseits die Möglichkeit, die durch Integration der Zeitabhängigkeit des Austauschkoeffizienten erhaltene neue Zeitfunktion mit der der gegebenen potentiellen Temperatur zu vergleichen, andererseits den Höhenansatz ein zweitesmal zu prüfen. Die numerische Prüfung der Zeitabhängigkeit wurde für die Auswahl «Alle Junitage Leafield», die der Höhenabhängigkcit für die Auswahl «Bedeckte Dezembertage Leafield» durchgeführt. Abschliessend werden die beiden Gleichungen zusammen betrachtet, die Integration vorgenommen, eine numerische Auswertung jedoch nicht ausgeführt.

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Summary The daily variation of the «Austauschkoeffizient», i. e. eddydiffusivity, has been computed for two stations, Leafield (England) and Ismaila (Egypt), representing each other a special type of climate. On the side one attention has been given to the character of turbulence as mainly influenced by insolation and wind leading to a characteristic selection, for instance a «convection-type»; on the other side normal monthly values have led to a climatologic selection. Both selections have been compared and criterions for their use determined. Additionally the daily variations have been analysed in known functions, their annual variations regarded.The foundations for this analysis were the registrations of temperature or temperature-gradient ofN. K. Johnson andG. S. P. Heywood for 5 years at 5 levels (1.2, 12.4, 30.5, 57.4, 87.7 m, Leafield) andW. D. Flower for 1 year at 4 levels (1.1, 16.2, 46.4, 61.0 m, Ismaila).A main result is that the linear function with height of the «Austauschkoeffizient», confirmed for an adiabatic atmosphere, cannot be applied to a real atmosphere; the error-function integral has been found a good approximation in the interval between 10 and 100 m, which can be tested by computing the daily variation of the «Austausch-koeffizient» at two levels; previous results were limited to a single level without this possibility of testing. This variation with height gives a steady transition from the layer with variable «Austauschkoeffizient» to the one with constant «Austauschkoeffizient» thus getting the residual turbulence ofC. G. Rossby. Special types of the daily variation of the «Austauschkoeffizient» have been discussed, especcially the convectiontype of middle latitudes (Leafield, clair days), for which a model has been given, regarding the mutual effects of insolation, gradient, temperature and «Austausch».Basing on the second partial differential equation of atmospheric diffusivity it has been shown that both for the «Austauschkoeffizient» and the integral of this equation the separation of the two variables (t=time,z=altitude) is possible with the limitation that for days respectively selections of days with great daily variation different functions with height for day and night are necessary. This resulted in getting two ordinary differential equations, which at first have been integrated separately, and so determined their constants. Now it was possible to compare the daily variation of the integral with that of the given potential-temperature, additionally to prove the function with height for a second time. A numerical proof for the daily variation has been made for the selection «all days of june, Leafield», for the function with height for the selection of «covered days of december, Leafield». Finally both differential equations have been considered together, a numerical example has not been given for special reasons.

     

The approach to charge equilibrium in a stored aerosol during aging

Summary The approach during natural aging to charge equilibrium of an aerosol produced and stored in a polyester «Mylar» balloon gasometer with metallized internal surface and 4200 litres content is studied. The number of charged condensation nuclei at any instant is related to the number of charged nuclei present at the same moment in electrical equilibrium produced by alpha-irradiation of the aerosol.It is shown that a stored aerosol consisting of small nuclei of moderate concentration is not later than 15 minutes after their birth in electrical equilibrium. With increasing size and concentration of the nuclei it takes longer and longer until the stored aerosol attains charge equilibrium. Stored large nuclei appear not to reach exact charge equilibrium even after several days.The reasons for replacing the rubber balloon gasometer, used previously, by the Mylar balloon for this investigation are given.In connection with the ionizing radiation required for producing charge equilibrium, the generation of condensation nuclei by alpha-radiation in stagnant and moving nucleus-free air has been investigated. It has been found that no condensation nuclei are being produced in filtered (nucleus-free) air for air-flows of between 0.1 and 20 litres/min in a tube of 4.2 cm diameter by the alpha-rays of Polonium 210 of about 125 c.

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Zusammenfassung Es wurde die während natürlicher Alterung stattfindende Annäherung an das elektrische Gleichgewicht eines Aerosols, welches in einem «Mylar» Ballon-Gasometer aus Polyester mit metallisierter Innenfläche und von 4200 Litern Inhalt erzeugt und gespeichert wurde, studiert. Die in jedem Augenblick vorhandene Anzahl der geladenen Kondensationskerne wurde zu der Zahl der geladenen Kerne im elektrischen Gleichgewicht für den gleichen Moment in Beziehung gesetzt, welches durch Bestrahlung des Aerosols mit Alpha-Teilchen erzeugt wurde.Es wird gezeigt, dass ein gespeichertes Aerosol, welches aus kleinen Kernen von mässiger Konzentration besteht, nicht später als 15 Minuten nach der Geburt der Teilchen im elektrischen Gleichgewicht ist. Mit zunehmender Grösse und Konzentration der Kerne dauert es länger und länger bis das gespeicherte Aerosol sein Gleichgewicht erreicht. Gespeicherte grosse Kerne scheinen selbst nach mehreren Tagen nicht das volle Gleichgewicht zu erreichen.Die Gründe für die Einführung des Mylar Ballons statt des früher benützten Gummiballons werden gegeben.In Zusammenhang mit der radioaktiven Bestrahlung, welche für die Erzeugung des Ladungsgleichgewichtes gebraucht wird, wurde die Produktion von Kondensationskernen durch Alpha-Teilchen in stagnierender und bewegter kernfreier Luft untersucht. Es wurde festgestellt, dass keine Kondensationskerne erzeugt werden, wenn kernfreie Luft, welche sich mit 0.1 bis 20 Litern per Minute durch ein Rohrsystem mit 4.2 cm Durchmesser bewegt, von Polonium 210 mit 125 c bestrahlt wird.

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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 Research Division, United States Air Force under Contract AF 61 (052)-26 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co., Schenectady, New York under Retainer Agreement.     

Eine neue Methode zur Messung der elektrischen Raumladungsdichte der Luft

Zusammenfassung Ein Wassertropfen an einer geerdeten Tropfspitze im Innern eines geerdeten Drahtkäfigs wird von der elektrischen Raumladung der ihn umgebenden Luft influenziert. Der Tropfen löst sich daher mit einer wahren Eigenladung ab, die der Raumladungsdichte der Luft proportional ist. Eine Methode zur Messung der elektrischen Ladung auf Wassertropfen wird beschrieben. Die Anordnung gestattet eine fortlaufende Registrierung der Raumladung mit einer Empfindlichkeit bis etwa 10 Elementarladungen/ccm. Volta-Effekte bedingen eine Nullpunktsunsicherheit von ± 25 Elementarladungen/ccm. Die zeitliche Auflösung beträgt etwa 0.3 sec.

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Summary A waterdrop, falling from an earthed injection-needle within an earthed screening-cage is influenced by the electric space charge of the surrounding air. The drop therefore leaves the point with a true electric charge proportional to the spacecharge of the air. A method for measuring electric charge on waterdrops is described. Recording of the space-charge is rendered possible as sensitive as about ± 10 electronic charges/cm³. Volta potentials cause a zero-uncertainty of ± 25 electronic-charges/cm³. Three measures can be reached in a second.