Protokoll von der Physikstunde vom 26.08.2010 des gk Physik 13/1 Anwesend: Der phy1 gk, Herr Heidinger Abwesend: Martin Brinkmann, Donata Kleindienst, Kora Philipp, Jonas Stahlhofen, Jessica Welker Protokollantin: Miriam Figge Thema: Kathodenstrahlen und Aufgaben zum Millikan-Versuch Datum: 01.09.2010 b) Kathodenstrahlen 1) Aufbau: 2) Durchführung: Im Hochvakuum (10 –6 bar) werden die aus der Kathode austretenden Elektronen bis zur Anode stark beschleunigt. Ein Teil trifft durch einen Anodenschlitz auf einen schräg stehenden Floureszensschirm. Erklärungen: Hochvakuum: Vakuum, bei dem allerletzte Luftteilchen durch Metalle absorbiert werden. Es handelt sich bei diesem Versuch um eine nicht beheizte Glasröhre Der Schirm verdeutlicht die Bahn der Elektronen. 3) Beobachtung: Auf dem Schirm zeigt sich eine Leuchtspur entlang der Elektronenbahn. 4) Zusatz: Im Feld eines Hufeisenmagneten wird der Elektronenstrahl auf eine Kreisbahn abgelenkt. V = B (Zeigefinger) U = v (Daumen) W = F (Mittelfinger) Weiteres zur UVW-Regel oder auch der Lorenz’ Kraft findet ihr unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Drei-Finger-Regel Grundsätzlich kann man sagen: Linke Hand für Elektronen; rechte Hand für Strom Auf die Anode auftreffende Elektronen lösen Röntgenstrahlung aus!! c) Aufgaben: Aufgabe 1 Zwischen die horizontal liegenden Platten eines MILLIKAN-Kondensators, dessen Plattenabstand d = 6,4 mm beträgt, werden Öltröpfchen mit dem Radius r = 1,5 10-3 m gebracht. Welche Ladung tragen die Tröpfchen, wenn sie bei der Spannung U = 1250 V zwischen den Platten in dem vertikal gerichteten Feld gerade schweben ? Der Auftrieb in Luft ist für das Öltröpfchen zu vernachlässigen. Die Dichte des verwendeten Öls ist = 0,9 g/ cm3. Geg.: d = 6,4 mm → 6,4 10 –3; r = 1,5 10 –3 mm→ 1,5 10 -6 m U = 1250 V ; ρ = 0,9 g/ cm3 (Öl) → 900 kg/m3; g = 9,81 N/kg e = 1,6 10-19 C Ges. : Q, falls Fel = FG Lsg.: Fel = Q ⋅ U d ; Fel = Fel U = m ⋅ g = ρ ⋅V ⋅ g d U 4 Q ⋅ = m ⋅ g = ρ ⋅ ⋅π ⋅ r 3 ⋅ g d 3 Q⋅ U 3 ⇒ Q ⋅ = ρ ⋅ ⋅π ⋅ r 3 ⋅ g ⇒ Q = d 4 ( 4 3 ρ ⋅ ⋅π ⋅ r3 ⋅ g ⋅ d U ) 3 4 kg N ⋅ π ⋅ 900 3 ⋅ 1,5 ⋅ 10 −6 m ⋅ 9,81 ⋅ 6,4 ⋅ 10 −3 m 3 kg m Q= 1250V Q = 6,39 10 –19 C ~ 4e 0,9 g/cm3 = 0,9 1003 g/m3 = 900.000 g/m3 = 900 kg/m3 Aufgabe 5: Ablenkung im Magnetfeld Aus einer Elektronenkanone K werden Elektronen durch ein Magnetfeld geschossen, die Beschleunigungsspannung beträgt U = 3 kV. Die Elektronen durchlaufen eine l1 = 4 cm breite Zone, in der ein homogenes Magnetfeld mit der Flussdichte B = 1,25 10-3 T herrscht. Der magnetische Feldvektor weist in der Abbildung in die Papierebene hinein. Hinter der vom Magnetfeld durchsetzten Zone durchlaufen die Elektronen eine l2 = 20 cm breite feldfreie Zone, danach treffen sie auf einem Schirm S auf. a) Es soll berechnet werden, um welches Stück s der Auftreffpunkt der Elektronen gegen denjenigen Punkt verschoben ist, den sie auf dem Schirm ohne eine magnetische Ablenkung erreichen würden. b) Es ist zu zeigen, dass die Ablenkung s für kleine Winkel zur magnetischen Flussdichte B proportional ist (e = 1,6 10-19 C, me = 9,11 10-31 kg. Geg.: U = 3kV ⇒ 3000 V l1 = 4 cm ⇒ 0,04 m B = 1,25 10 –3 T L2 = 20 cm ⇒ 0,2 Ges.: ∆ s = Ablenkung a) Lsg.: ∆s 2 tan ϕ = l 2 ∆s1 l1 l tan ϕ = 1 r tan ϕ = Berechnung r : FL = Fr m ⋅ v2 e 1,6 ⋅ 10 −19 C e⋅v⋅ B = ⇒ v = 2U ⋅ ⇒ v = 2 ⋅ 3000V ⋅ r m 9,11 ⋅ 10 −31 kg e m ⋅ 2U ⋅ m e⋅B = ⇒r= r ⇒ r = 0,148m m 2U ⋅ e ⇒r= B ∆s 2 l1 = l2 r l1 0,04m ⋅ l 2 ⇒ ∆s = ⋅ 0,2m r 0,148m ∆s = 0,054m ∆s 2 = 9,11 ⋅ 10 −31 kg 1,6 ⋅ 10 −19 C 1,25 ⋅ 10 −3 T 2 ⋅ 3000V ⋅