Physik II für Studierende der Biochemie, Chemie und

Physik II für Studierende der Biochemie, Chemie und Geowissenschaften
(Prof. Daniel Hägele, Ruhr-Universität Bochum SS 2008)
Aufgabenblatt 07 (29.05.2008)
Abgabe: Bis Donnerstag 05. Juni 2008 10.00 Uhr. Werfen Sie ihre Übungszettel bitte im Kasten vor Raum
NA 3/156 ein.
Bitte Name, Matrikelnummer und Gruppenleiter angeben.
Aufgabe 7.1 Massenspektrometer
(4 Punkte)
Mit einem Massenspektrometer (siehe Abbildung 1) können Moleküle anhand ihres Ladungsmassenverhältnisses
aufgetrennt werden. Die Moleküle fliegen senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld in das Gerät. Bestimmen Sie
q
in Abhängigkeit des Radius r, bei gegebener Beschleunigungsspannung U und dem homogenen
das Verhältniss m
Magnetfeld B.
Aufgabe 7.2 Geschwindigkeitsfilter
(2;2 Punkte)
~
Elektronen verschiedener Energie fliegen durch einen Bereich, der von einem homogenen elektrischen Feld E
~
und einem dazu senkrecht stehendem homogenen magnetischen Feld B durchsetzt wird (siehe Abbildung 2). Die
Eintrittsgeschwindigkeit der Elektronen ~v stehe senkrecht auf beiden Feldern.
a) Was muss für den Betrag der Geschwindigkeit gelten, damit die Elektronen nicht abgelenkt werden?
b) Warum wirkt die Anordnung als Filter für Elektronen mit verschiedenen Geschwindigkeiten?
Aufgabe 7.3 Stromwage
(4 Punkte)
Bei einer Stromwaage sind zwei Leiter übereinander angeordnet, wobei der untere ein runder Metallstab ist und der
obere Leiter die Vorderkante einer rechteckigen Platte bildet. Durch beide Leiter fliesse ein vom Betrag her gleicher
Strom, aber in entgegengesetzte Richtung. Dadurch stoßen sich die Leiter voneinander ab, sobald eine Spannung
angelegt wird. Durch das Auflegen von Gewichten kann der ursprüngliche Abstand wieder eingestellt werden.
Die Stromwaage bestehe aus zwei 50 cm langen Stäben in einem gegenseitigen Abstand von 1,5 mm. Es fliesse jeweils
ein Strom von 15 A.
Welche Masse muss man am oberen Stab anbringen, damit die abstoßende Kraft kompensiert wird?
Aufgabe 7.4 Stromdurchflossene Kupferscheibe im Magnetfeld
(2;2 Punkte)
Eine Kupferscheibe (Radius r0 ) kann um die Achse A rotieren und berührt dabei die Quecksilberoberfläche im Punkt
P (siehe Abbildung 3). Quecksilber und Achse sind mit einer Spannungsquelle verbunden, so dass ein Strom I durch
die Scheibe fließen kann.
a) Durch welches Drehmoment M wird die Rotation der Scheibe verursacht, wenn ein homogenes Feld B die Scheibe
senkrecht durchdringt?
b) Welche Drehrichtung hat die Scheibe?
r
U
Abbildung 1: Massenspektrometer
2
v
E
B
Abbildung 2: Geschwindigkeitsfilter
A
+
_
r0
Hg
P
Abbildung 3: Stromdurchflossene Kupferscheibe im Magnetfeld