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Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre

Fadenstrahlrohr: spezifische Ladung

Elektronen werden mit der Spannung UB beschleunigt und treten senkrecht zum homogenen Feld eines Helmholtz-Spulenpaars in das Rohr ein. Die Lorentzkraft zwingt sie auf eine Kreisbahn mit r = 1B · √2 me UBe. Ein wenig Gas im Rohr leuchtet, wo die Elektronen fliegen. Daraus folgt die spezifische Ladung eme = 2 UBB² r².

So gehst du vor

  1. 1Stelle einen Spulenstrom ein, zum Beispiel 1,20 A, und lass ihn während der Messreihe fest.
  2. 2Ändere die Beschleunigungsspannung, bis der Strahl genau eine Leuchtmarke trifft (rechts erscheint eine Meldung).
  3. 3Tippe „UB und r in die Tabelle“.
  4. 4Wiederhole für alle vier Leuchtmarken.
  5. 5Werte die Tabelle aus: Die Steigung von r² über UB liefert die spezifische Ladung.
Beschleunigungsspannung
200 V
Spulenstrom
1,20 A

Beschleunigungsspannung UB

200 V

Spulenstrom I

1,20 A
Spulenkonstante des Helmholtz-Paars: B = k · I mit k = 0,779 mTA. Bei 1,20 A ist B = 0,935 mT.
Stelle UB und I so ein, dass der Strahl genau eine Leuchtmarke trifft.

Für die Tabelle den Spulenstrom festhalten und nur die Beschleunigungsspannung ändern, bis der Strahl die nächste Marke trifft.

Spezifische Ladung: r² über UB

Aus r² = 2 mee B² · UB folgt eme aus der Steigung (Spulenstrom während der Messreihe nicht ändern).

Nr.Spannung UB in VRadius r in cm
05010015020025030002468101214UB in Vr² in cm²

Aufträge

  1. Schalte den Spulenstrom ab. Wie verläuft der Strahl? Erhöhe dann langsam den Strom. Begründe mit der Drei-Finger-Regel, warum der Strahl nach oben abbiegt (Elektronen!).
  2. Halte I fest und erhöhe UB. Wird der Kreis größer oder kleiner? Begründe.
  3. Stelle I = 1,20 A ein und suche für jede Leuchtmarke die passende Spannung. Bestimme eme aus der Tabelle.
  4. Bestimme die Geschwindigkeit der Elektronen bei 200 V und die Umlaufdauer auf der 8-cm-Bahn. Hängt die Umlaufdauer von UB ab?
  5. Wie groß muss der Spulenstrom sein, damit der Strahl bei 250 V die 6-cm-Marke trifft? Rechne erst, prüfe dann.

Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitte „Die Lorentzkraft“, „Die Kreisbahn“ und „Das Feld einer schlanken Spule“.

Üben in Minærva Noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript: