Frage von PandoraLover, 79

Frage zum Fadenstrahlrohr?

Hallo, Ich habe folgende Frage: " Dabei stehen die Magnetfeldrichtung und die Bewegung der Elektronen senkrecht aufeinander. Das bedeutet ,dass die Lorentzkraft wirkt."

Das haben wir im Unterricht aufgeschrieben. Meine Fragen dazu: 1. Sind mit Magnetfelrichtung die Feldlinien gemeint? 2. Warum wirkt deshalb die Lorentzkraft?

Mfg

Antwort
von tveni, 31

(1.) Sehr wahrscheinlich ja. Allerdings bleibt bei 'Feldlinien' die Frage offen, ob es sich auf Elektrische oder Magnetische Feldlinien bezieht, und um dieser Frage aus dem Weg zu gehen, wurde "Magnetfeldlinie" verwendet. Damit ist es klar, dass es um ein Magnetfeld geht. (am Rande: Magnetfeldlinien gehen immer vom Nordpol zum Südpol des Magneten)

(2.) Die Lorentzkraft ist die Kraft, die auf eine bewegte Ladung im Magnetfeld wirkt. Das ist eben der Name dieser Kraft.
Erklärt wird das mit der 3-Finger-Regel (könnte dir ein Begriff sein?). Was bedeutet 3-Finger-Regel - nun gut: dein Daumen zeigt in Richtung der Richtung der bewegten  Ladung (v); dein Zeigefinger in Richtung des B-Feldes (Magnetfeld); dein Mittelfinger zeigt dir nun, in welche Richtung die Kraft (Lorentzkraft) wirkt. Dabei ist es so, dass der Daumen (v) und der Mittelfinger (F (=Kraft)) senkrecht zu einander stehen. Also besagt dein Mittelfinger (F | Lorentzkraft), in welche Richtung dieses geladene, bewegte Teilchen abgelenkt wird.

Wichtig ist noch, dass das Teilchen nie parallel zu den Feldlinien eingeschickt werden darf, das sonst keine Kräfte auf das bewegte, geladene Teilchen wirkt.

Hoffe es ist ansatzweise verständlich ;)
LG

Kommentar von PandoraLover ,

Danke! Aber warum liegt im Fadenstrahlrohr dann ein kreisförmiger Strahl vor?

Kommentar von tveni ,

Was genau meinst du mit 'kreisförmiger Strahl'?
Normalerweise herrscht in einem Fadenstrahlrohr ein homogenes Magnetfeld zwischen zwei (verbundenen) stromdurchflossenen Spulen. Und sobald die Magnetfeldlinien das homogene Magnetfeld zw. den "beiden" Spulen "verlassen" hat, muss es ja einen Bogen machen, um an der anderen Seite wieder in das homogene Magnetfeld zu "führen", da die zwei Spulen ja sozusagen Nord- und Südpol eines Magneten "darstellen".

Kommentar von tveni ,

Was mir jetzt noch eingefallen ist:
Es ist ja auch so, dass jedes mal wenn du deine 3-Finger-Regel anwendest, das Elektron (z.B.) abgelenkt wird.
Nehmen wir mal an du könntest die Laufbahn dieses Elektrons verfolgen und "die Zeit anhalten". Also wendest du deine 3-Finger-Regel an: und bemerkst, in welche Richtung die Lorentzkraft wirkt und in welche Richtung die Ladung abgelenkt wird. Nun lässt du es sich weiter bewegen -> es wird leicht abgelenkt. Nun stoppst du die Zeit wieder und wendest wieder deine 3-Finger-Regel an: nun wird es nochmals abgelenkt werden. Startest du wieder die Zeit so wird es wieder abgelenkt. Würdest du ständig diese Regel anwenden, so würdest du herausfinden dass es sich kreisförming bewegt, und könntest das ganze mit dieser 3-Finger-Regel erklären (wobei es wichtig ist für Elektronen als bewegte Ladung die linke und für Protonen die Rechte Hand zu benutzen!).

Kommentar von PandoraLover ,

Also d.h. : wenn ich meine Finger in eine Richtung drehe dann anhalte dann wieder drehe usw. Hätte ich eine Kreisform?

Kommentar von tveni ,

Ich würde jetzt nicht Finger sagen, sondern lieber die bewegte Ladung:
Sobald die bewegte Ladung die Lorentzkraft erfährt, ändert sie in gewissermaßen ihre "Laufbahn". Wendest du sozusagen immer wieder die 3-Finger-Regel an, stellst du fest, dass die Ladung immer mehr in eine andere Richtung abgelenkt wird. Nimmst du die neue Position von der Ladung, so müsstest du deinen Daumen (v) in eine neue Richtung halten. Dein B-Feld-Finger bleibt genauso. Dann erkennst du, dass die "neue" Kraft F in eine andere Richtung erfolgt.
Insgesamt erfolgt in diesem Fadenstrahlrohr ein kreisförmiger Elektronenstrahl, da das Elektron immer wieder von "neuen" Lorentzkräften wirkt.

Das beste wär allerdings trotzdem, dass du deinen Lehrer in der nächsten Unterrichtseinheit nochmals darauf ansprichst und fragst, ob er es dir doch bitte nochmal erklären könnte bzw. stellst du ihm (oder ihr) einfach deine konkrete Frage(n).
Persönliche Erklärungen sind meistens besser verständlich, als digitale ;)

Kommentar von PandoraLover ,

Okay:) vieeellen Dank für deine Mühe😊

Antwort
von lks72, 30

Also erstens ist die Richtung der Feldlinien gemeint, ja. Die Lorentzkraft errechnet sich zu FL = Q * (v x B), wobei Q die Ladung ist, v die Geschwindigkeit und B die Feldlinien der magnetischen Flussdichte. Das "x" ist das Kreuzprodukt. Daumen der rechten Hand zeigt in Richtung v (bei positivem Q, bei deinen Elektronen gegen die Richtung von v), Zeigefinger zeigt in Richtung B, dann zeigt der Mittelfinger in Richtung der Lorentzkraft. Aber aufpassen. Diese Kraft gilt auch, wenn v und B nicht senkrecht aufeinander stehen, die Richtung von F bleibt dabei immer gleich, aber die Größe von F wird immer kleiner, je weniger senkrecht v und B stehen. Wenn v und B parallel sind, gibt es keine Loerentzkraft.

Kommentar von PandoraLover ,

Vielen Dank! Aber warum ist der Daumen die Geschwindigkeit?ist das nicht eigentlich die tech. Stromrichtung?

Kommentar von lks72 ,

Hier geht es um die Dreifingerregel, eine Visualisierung der mathematischen Operation "Kreuzprodukt" c = a x b. a ist der Daumen, b der Zeigefinger und c (das Ergebnis) ist die Richtung des Mittelfingers (c steht senkrecht auf a und senkrecht auf b). In deinem Fall ist Q aber negativ, also zeigt der Daumen entgegen von v.

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