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Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre

Elektronen im Querfeld: Braunsche Röhre

In der Braunschen Röhre werden Elektronen mit der Spannung UB beschleunigt und fliegen mit v0 = √2 e UBme parallel zu den Platten in einen Kondensator. Quer zur Flugrichtung wirkt dort die konstante Kraft F = e · E: Wie beim waagrechten Wurf entsteht eine Parabelbahn y(x) = U · x²4 d UB. Hinter dem Kondensator fliegen die Elektronen geradlinig weiter bis zum Leuchtschirm.

So gehst du vor

  1. 1Stelle die Beschleunigungsspannung UB ein, zum Beispiel 250 V, und lass sie während der Messreihe fest.
  2. 2Ändere die Ablenkspannung U und beobachte die Bahn im Kondensator und den Leuchtfleck auf dem Schirm.
  3. 3Lies die Ablenkung yS am Schirmbild ab oder tippe „U und yS in die Tabelle“.
  4. 4Miss für mindestens sechs Ablenkspannungen, auch mit umgekehrter Polung.
  5. 5Werte aus: Die Steigung von yS über U vergleichst du mit der Formel.
Beschleunigungsspannung
250 V
Ablenkspannung
0 V

Beschleunigungsspannung UB

250 V

Ablenkspannung U

0 V

Plattenlänge l

Plattenabstand d

Eintrittsgeschwindigkeit v0 = 9,38 · 106 ms, Querbeschleunigung im Kondensator a = 0,00 · 100 ms². Der Schirm steht s = 15 cm hinter dem Plattenende.

Die Ablesung am Schirm ist auf etwa einen Millimeter genau; der Wert in der Tabelle streut entsprechend.

Ablenkung am Schirm: yS über U

UB, l und d während der Messreihe nicht ändern. Die Ablenkung am Schirm setzt sich aus der Ablenkung im Kondensator und der auf der geraden Strecke danach zusammen.

Nr.Ablenkspannung U in VAblenkung yS in cm
−100−80−60−40−20020406080100−10−8−6−4−20246810U in VyS in cm

Aufträge

  1. Erkläre mit der Zeichnung, warum die Bahn im Kondensator eine Parabel ist und dahinter eine Gerade. In welche Richtung zeigt die Kraft auf die Elektronen?
  2. Stelle die Werte aus dem Skript ein (UB = 250 V, l = 10 cm, d = 4,0 cm, U = 50 V). Berechne v0, die Ablenkung am Plattenende und die Ablenkung am Schirm. Prüfe am Schirmbild.
  3. Nimm die Messreihe yS über U auf und bestimme die Steigung. Vergleiche mit der Formel.
  4. Verdopple UB bei fester Ablenkspannung. Sage vorher, wie sich yS ändert, und prüfe. Warum hängt die Bahn nicht von Ladung und Masse ab?
  5. Berechne die größte Ablenkspannung, bei der der Strahl gerade nicht auf eine Platte trifft, und prüfe mit dem Regler.
  6. Zeige mit dem Wert für a, dass man die Gewichtskraft auf die Elektronen vernachlässigen kann.

Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitte „Beschleunigung längs der Feldlinien“ und „Ablenkung quer zum Feld“ im Kapitel „Geladene Teilchen im elektrischen Feld“.

Üben in Minærva Noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript: