Ladungen im magnetischen Feld (Lorentzkraft)
(Kursstufe > Elektro-Magnetismus)
Inhaltsverzeichnis
- 1 Beispiele
- 2 Bestimmung von e/m in der Fadenstrahlröhre
- 3 Versuch: Elektronenstrahlen schräg zum Magnetfeld
- 4 Aufbau der Bildröhre eines Fernsehers
- 5 Das Elektronenmikroskop
- 6 Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren
- 7 Polarlichter und die magnetische Flasche
- 8 Das Massenspektroskop ; Geschwindigkeitsfilter ; Wienscher Filter
- 9 Links
Beispiele
In Island gibt es häufig Polarlichter zu sehen.
(Zeitraffer-Video aus Nord-Norwegen)Polarlichter vom Satelliten aus gefilmt. (animiert)
Bestimmung von e/m in der Fadenstrahlröhre
Aufbau
Innerhalb einer Glaskugel wird wie in einem Oszilloskop ein Elektronenstrahl erzeugt. Die Elektronen liefert, aufgrund des glühelektrischen Effekts, eine durch Strom erhitzte Glühwendel. Mit Hilfe einer Beschleunigungsspannung von ca. 150 Volt zwischen Glühwendel und Anode werden die Elektronen beschleunigt. Die Glaskugel ist von Luft evakuiert und mit Wasserstoff unter sehr niedrigem Druck von nur einem Pascal (0,01mbar) gefüllt. Durch den Wasserstoff wird der Elektronenstrahl sichtbar, denn die Elektronen regen beim Zusammenstoß mit den Wasserstoffmolekülen diese an, heben also Elektronen des Moleküls auf ein höheres Energieniveau. Fällt das Molekül-Elektron wieder auf das niedrige Niveau zurück, wird blaues Licht ausgesendet.
Der Wehneltzylinder dient der Fokussierung des Elektronenstrahls. Er liegt zylinderförmig um die Glühwendel und wird durch eine Spannung zur Glühwendel von ca. 15V negativ geladen. Die Ablenkplatten sind nicht, wie in der Gebrauchsanleitung gefordert, an die Anode angeschlossen; die Ergebnisse sind so besser.
Das Spulenpaar, "Helmholtzspule" genannt, liefert ein relativ homogenes Feld zwischen den Spulen. Der Abstand R zwischen den Spulen ist genausogroß wie der Radius der Spulen.
Die magnetische Feldstärke innerhalb der Helmholtzspule kann man entweder mit Hilfe einer Formel aus der Stromstärke und dem Spulenradius berechnen oder man misst die Feldstärke direkt mit einer Hallsonde.
Beobachtungen
- Die Elektronen bewegen sich auf einer Kreisbahn.
- Der Radius des Kreises ist groß, wenn:
- die Beschleunigungsspannung groß ist, oder
- die Spulenstromstärke klein ist.
- Messwerte
Auswertung
Versuch: Elektronenstrahlen schräg zum Magnetfeld
Beobachtung
Aufbau der Bildröhre eines Fernsehers
Die Fernsehröhre ist eine besondere Form der Braun’schen Röhre [1], 1897 von Ferdinand Braun entwickelt. Anstatt mit geladenen Ablenkplatten erfolgt die Ablenkung des Elektronenstrahles hier mit Hilfe elektrischer Spulen (Magnetische Ablenkung). Die Technik wird auch bei Computerbildschirmen verwendet.
Mehr dazu... [2]
Versuch
In einem Versuch wiesen wir diese Funktionsweise an einem Röhrenmonitor nach.
Führt man an diesen einen Magneten, ergeben sich Bildverschiebungen und Farbstörungen [3], die erst mit der "Entmagnetisierung" wieder verschwinden.
Das Elektronenmikroskop
Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren
-Ringbeschleuniger -Blasenkammer -radioaktive Strahlen im Magnetfeld
Polarlichter und die magnetische Flasche
Versuch: Elektronen im inhomogenen Feld
Beobachtung
- Eine Simulation der Teilchenbewegung im Magnetfeld der Erde zum Herunterladen. (Matthias Borchert)
Das Massenspektroskop ; Geschwindigkeitsfilter ; Wienscher Filter
Links
- LEIFI: Polarlichter
- Experimentieren digital: Elektronen in Feldern (Didaktik der Physik, Uni München)
- LEIFI: Aufgaben zur Fadenstrahlröhre
- LEIFI: Fadenstrahlrohr der Clemson Universität
- LEIFI: Bewegung von Ladung im (in)homogenen Magneteld
- Applet von B. Surendranath zu Bahnkurven in homogenen magnetischen und elektrischen Feldern. Der Geschwindigkeitsvektor ist blau, die Kraft rot.
- Programm von Lothar Koch, welches die Bahn von Elektronen im inhomogenen Magnetfeld zeichnet. Auch für rot-grün-3D-Brillen.
- Eine Simulation der Fadenstrahlröhre zum Herunterladen. (Matthias Borchert)
- Eine Simulation der Teilchenbewegung im Magnetfeld der Erde zum Herunterladen. (Matthias Borchert)
- Wikipedia: Braunsche Röhre
- Kurze Übersicht der Fernsehröhre (Michael Görtz)