Das Faden­strahl­rohr, Bestim­mung der spe­zi­fi­schen Ladung e/m

Mit dem Ver­such Elek­tro­nen im Ablenk­kon­den­sa­tor konn­ten keine cha­rak­te­ris­ti­schen Grö­ßen, wie Masse oder Ladung des Elek­trons bestimmt wer­den, da sich diese in den rele­van­ten Glei­chun­gen auf­ge­ho­ben haben. Mit die­sem Ver­such gelingt die Bestim­mung der spe­zi­fi­schen Ladung des Elek­trons, d.h. des Ver­hält­nis’ aus Masse und Ladung.

Eine Elek­tro­nen­ka­none befin­det sich in einer Vaku­um­röhre, die noch einen gerin­gen Anteil an Gas­mo­le­kü­len ent­hält. Der Elek­tro­nen­strahl regt diese Gas­mo­le­küle zum Leuch­ten an, so dass der Strahl auch ohne Leucht­schirm beob­ach­tet wer­den kann. Die Vaku­um­röhre befin­det sich im homo­ge­nen Magnet­feld eines Helmholtzspulenpaares. 

Auf­ga­ben

  1. Infor­miere dich über den Auf­bau und die Funk­tion einer Elek­tro­nen­ka­none.
  2. Mache dich in der schö­nen Ani­ma­tion der Uni Mün­chen mit dem Auf­bau und der Durch­füh­rung des Expe­ri­ments mit dem Faden­strahl­rohr ver­traut. Erstelle eine detail­lierte Ver­suchs­be­schrei­bung im Heft.
  3. Die Lorentz­kraft wirkt bei der Kreis­bahn der Elek­tro­nen als Zen­tri­pe­tal­kraft. Stelle eine Glei­chung auf und löse nach dem Radius der Bahn auf.
  4. Mache dich mit dem Begriff der spe­zi­fi­schen Ladung ver­traut, führe das online-Expe­ri­ment durch und leite einen Term für die spe­zi­fi­sche Ladung her, der von mess­ba­ren Grö­ßen abhängt, d.h. der Beschleu­ni­gungs­span­nung, der magne­ti­schen Fluss­dichte und des Bahnradius.

Unsere Mes­sun­gen im Unterricht

Links: Der Gleich­strom in dem Helm­holtz­spu­len­paar aus einem anti­ken Netz­teil hat eine Rest­wel­lig­keit. Rechts: Der Gleich­strom aus einem moder­ne­ren Netz­ge­rät ist geglät­tet. Die Beschleu­ni­gungs­span­nung beträgt in bei­den Fäl­len UB = 90V. Vie­len Dank an Nils für die Abbildungen.

Auf­ga­ben

  1. Bestimme die spe­zi­fi­sche Ladung \frac{e}{m_e} . Ent­nimm benö­tigte Mess­grö­ßen aus der Abbil­dung oben.
  2. Infor­miere dich über Gleich­rich­ter­schal­tun­gen und den Begriff Rest­wel­lig­keit und erläu­tere die Unter­scheide in den bei­den abge­bil­de­ten Kreis­bah­nen der Elektronen.

Refe­rats­the­men

In der Ani­ma­tion der Uni Mün­chen gibt es drei Anwen­dun­gen, die sich für ein Refe­rat eignen:

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