Frage von BestOnce, 35

Wie ist ein Fadenstrahlrohr aufgebaut und wie funktioniert es?

und wofür braucht man des überhaupt?

bitte für Anfänger :D

Antwort
von Discipulus77, 22

Zunächst einmal werden die Elektronen durch eine Heizspannung zum Austreten gebracht und gelangen jetzt mit einer Geschwindigkeit v in das homogene Magnetfeld eines Helmholtz-Spulenpaares (wichtig ist, dass es homogen ist). Nun wirkt ja natürlich eine Lorentzkraft auf diese Elektronen.

Diese wirkt senkrecht zu Geschwindigkeit, es handelt sich in diesem Fall um eine Zentripetalkraft (zurückerinnern an Kreisbewegung). Diese Kraft zwingt also die Elektronen auf eine Kreisbahn.

Was bringt das Ganze? Nun ja. Man kann sich eine Formel herleiten, um die spezifische Ladung der Elektronen zu bestimmen. Dies ist Ladung/Masse. Wir kennen nach der Braunschen Röhre die Geschwindigkeit v der Elektronen als Wurzel aus (2*e*U/m). Lorentz-Kraft ist evB = mv^2/r = Zentripetalkraft.

Umstellen und Einsetzen von v liefert (selber machen, damit du es siehst) e/m = 2U/B^2r. Damit können wir aus gegebenen Parametern die s.L. berechnen, und demenstprechend bei bekannter Ladung (Milikan-Versuch) die Masse der Elektronen berechnen. Genaueres und eine anschauliche Skizze findest du unter LEIFI-Physik undzwar bei Kernphysik - Teilchenphysik - Versuche. Da gibt es ein PDF vom CERN, wo es nocheinmal anschaulich erklärbar ist.

Um zu zeigen, dass du es verstanden hast, kannst du mir mal folgende Aufgabe lösen:

"Wenn Elektronen mit Ekin = 1meV Kreisbahnen von 25km Radius beschreiben, wie groß ist B?" Ist schon etwas schwerer, aber nicht bloßes Einsetzen.                                                                                           

Kommentar von BestOnce ,

was ist ein
Helmholtz-Spulenpaar

Kommentar von Discipulus77 ,

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/Helmholtz_coils.png

Wie du im Bild erkennst, ist der Radius der Spulen mit dem Abstand zwischen beiden identisch. Die beiden Spulen sind parallel und der Strom fließt in die selbe Richtung. Was bringt das jetzt? Nun dies wurde von dem Physiker Helmholtz herausgefungen. 

Die beiden Felder der Spulen überlagern sich zu einem homogenen Magnetfeld. Dies ist vorteilhaft, wenn man mit homogenen Magnetfeldern arbeiten möchte. Sonst ist ja das Magnetfeld in einer zylindrischen Kreisspule auch homogen, aber da kann man nicht so einfach zu untersuchende Objekte hineinplatzieren und dann beobachten. Wie du siehst ist das Spulenpaar "frei". D.h. man kann z.B. die Fadenstrahlröhre in ein homogenes B-Feld bringen und per Auge die Kreisbahnen der Elektronen verfolgen. 

Natürlich gibt es auch andere Anwendungen und verschiedene Formen. Für die Schule sollte das, was hier steht, dir reichen.

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