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Fadenstrahlrohr Einleitung Das
Fadenstrahlrohr soll uns dazu dienen, die Elektronenmasse zu bestimmen.
In folgendem Kapitel wird der Aufbau des Gerätes er- läutert.
Da zur Bestimmung der Elektronenmasse allerdings auch noch eine
Helmholtz-Spule benötigt wird, gehen wir zuerst auf den Aufbau und die Besonderheit dieser Spule ein. Helmholtz-Spule Die Helmholtz-Spule
ist eine besondere Zusammenstellung zweier Spulen,
die im Inneren dieser Spulen für ein homogenes Magnetfeld sorgt.
Gleichzeitig ermöglicht der Aufbau, Gerätschaften (eben das Fadenstrahlrohr)
in die Helmholtz-Spule einzusetzen, da viel Raum innerhalb
der Spulen zur Verfügung steht. Eine
Helmholtz-Spule setzt sich aus zwei schmalen kreisförmigen Spulen
mit großem Radius zusammen. Die folgende Abbildung zeigt den
Aufbau.
Die
folgende Abbildung zeigt einmal das Magnetfeld einer Helmholtz- Spule in
einer Ebene, die durch die Mittelachse der Spule geht.
Quelle: VFPt helmholtz coil2-rings - Category:Helmholtz coils – Wikimedia Commons Da die
Spule rotationssymmetrisch aufgebaut ist, kann man die Ebene an der
Mittelachse drehen und erhält dann das Magnetfeld für den ganzen
Raum. Der gesamte Raum der Helmholtz-Spule muss daher von
einem praktisch nahezu homogenen Magnetfeld ausgefüllt sein, da sich
die Feldliniendichte nicht ändert. (Hinweis: wer ausführliche Erläuterungen zum Magnetfeld
einer Helmholtz-Spule möchte, sollte diese
Versuchsbeschreibung der Uni Greifswald besuchen) In der
nächsten Abbildung sieht man, wie sich das Gesamtmagnetfeld der
Helmholtz-Spule (Mittelachse) aus den Einzelmagnetfeldern der Einzelspulen
ergibt.
Quelle: https://virtuelle-experimente.de/b-feld/b-feld/helmholtzspulenpaar.php Fadenstrahlrohr
- Aufbau Wir
sehen uns zunächst einmal Abbildungen zweier Fadenstrahl- rohre
bekannter Lehrmittelfirmen (links:Leybold,
rechts:Phywe) an.
In
beiden Fällen gibt es einen Glaskolben, in dem sich ein Gas (Neon, Wasserstoff)
unter geringem Druck befindet. Außerdem haben beide Aufbauten
im Inneren des Glaskolbens eine Elektronenkanone
zur Erzeugung
eines Elektronenstrahls. Der
austretende Elektronenstrahl trifft auf die Gasmoleküle und bringt diese
zum Leuchten (Neon:orange,
Wasserstoff:blau).
Aufbau für die
Bestimmung der Elektronenmasse Will man
die Elektronenmasse bestimmen, muss man das Faden-strahlrohr mit einer Helmholtz-Spule
kombinieren. Das Fadenstrahl- rohr
wird so in die Helmholtz-Spule gestellt, dass die Feldlinien des Magnetfeldes
der Helmholtz-Spule senkrecht zum Elektronenstrahl stehen. Im
Glaskolben wirken jetzt Lorentzkräfte auf die Elektronen, die die Elektronen
auf eine Kreisbahn zwingen. Die Kreisbahn wird einge- nommen,
weil die Lorentzkraft zu jedem Zeitpunkt senkrecht zum Ge- schwindigkeitsvektor zeigt. Die Lorentzkraft wird somit zur Radialkraft für eine
Kreisbahn. An einer Skala kann der Radius der Kreisbahn ab- gelesen
werden. Die Beschleunigungsspannung der Elektronenka- none
kann verändert werden, was zu Kreisbahnen mit unterschied- lichem
Radius führt. Hier
noch ein Schema des Aufbaus.
Quelle:
https://virtuelle-experimente.de/b-feld/uebungen/Zuordnung.php Hinweis: Man muss aufpassen, dass die Stromstärkerichtung
so gewählt wird, dass die Kreisbahn im Glaskolben
verläuft und nicht nach außen zeigt. Abbildungen
zur Kreisbahn:
- zur Helmholtz-Spule -
zum Fadenstrahlrohr - zur Bestimmung der
Elektronenmasse (Einführung) - zum vorherigen
Kapitel „bewegte Ladung im Magnetfeld mit Formeln für die - zum Kapitel „Magnetische
Feldstärke und Formeln für die Lorentzkraft auf - zum Kapitel
„Lorentzkraft-Einführung“ |
