Physikprotokoll Nr. 9

Physikprotokoll Nr. 9
Teil 1: Wehnelt-Versuch
Bestimmung der spezifischen Ladung eo/m eines Elektrons:
Daten:
Radius der Spulen: R = 0,2m
Abstand der Platten zueinander: A = R = 0,2m
Windungszahl pro Spule: n = 154
B = 0,715* µ0 * (n*I)/R
eo/m = (2U) / (B²r²)
Radius r in cm
Spannung Ub in V
Strom Ierr in A
B in T (x 10-3)
2
2
3
120
1,8
1,244
17,23
Spez. Ladung eo/m (x 1011)
3
4
200
1,7
1,175
18,11
4
220
1,8
1,244
17,77
5
225
1,4
0,968
5
300
1,7
1,175
Die größte Differenz der Werte liegt zwischen 1,58*1011C und 1,83*1011C, also kann man
sagen, der Mittelwert von 1,7*1011C liegt ziemlich nah bei dem tatsächlichen Wert von
1,76*1011C. Demnach sind die gemessenen Werte nur geringfügig von der Norm
abgewichen, die restlichen Abweichungen sind durch Messungenauigkeiten zu erklären.
Durchschnittswert
von eo/m bei unserem Versuch: 1,7*1011C
Ergänzung des Wehnelt-Versuchs:
Die Wehnelt-Röhre wird nun um einen kleinen Winkel Alpha um die horizontale Achse
gedreht, dabei entsteht eine Schraubenbahn, vom Elektronenstrahl.
Erklärung:
Da die Elektronen schräg in das B-Feld eintreten, gibt es einen Geschwindigkeitsvektor vp
(Geschwindigkeit parallel zu den B-Feld-Linien) und einen Geschwindgkeitsvektor vs
(Geschwindigkeit senkrecht zu den Befeldlinien). Durch diese beiden Vektoren vollführen
die Elektronen die Schraubenbahn mit der Geschwindgkeit vres .
Zusatzfrage:
Was bezeichnet Van Allen mit dem Strahlunsgürtel der Erde und wie kommt er
zustande?
Der Strahlungsgürtel der Erde ist eine ionisierte Strahlung in 700km bis 60000km Höhe, in
der Elektronen und Protonen fließen. Dieser Strahlungsgürtel fließt entlang des B-Feldes
der Erde und schützt diese somit mit Hilfe des Magnetfeldes die Erde vor kosmischer
Strahlung, welche hauptsächlich von der Sonne herrührt, die die Erde ansonsten
„verbrennen“ würde. Diese Strahlung fließt immer zwischen dem Nord- und dem Südpol
hin und her, wobei die Strahlung an den Polen natürlich nicht bis ganz auf den Boden trifft,
sondern noch in relativ hoher Schicht die Richtung auf einer Art Schraubenbahn ändert.
Diese Strahlung ist an den Polen für die Polarlichter zuständig, da sie die Atome in der
Athmosphäre zum Leuchten anregen.
Teil 2: Das Erdmagnetfeld
Bestimmung der Horizontalintensität BH und der Vertikalkomponente BV des
Erdmagnetfeldes B.
Vorüberlegung:
Ein Kompass wird in eine Spule gelegt, so dass die Nordrichtung des Kompasses genau
90° von der Richtung des Magnetfeldes in der Spule abweicht. Dann wird die Stromstärke
so lange aufgedreht, bis die Kompassnadel genau in einem 45° Winkel zu den B-Feld
Linien der Spule steht, denn dann kann man sagen, dass die beiden B-Felder, also das BFeld der Spule und die Horizontalkomponente BH des Erdmagnetfeldes den gleichen
Betrag haben.
Messung des Inklinationswinkels i mit Hilfe eines Deklinatoriums:
i = 70°
(Laut Tabellen müsste der Wert 66° betragen, es ist also eine relativ geringfügige
Abweichung)
Ermittlung der Komponenten durch Berechnung:
I = 0,25 A
;
n = 34
;
l = 0,27m
;
μ0 = 1,256*10-6
BH = μ0 * I * n / l = 5,95*10-5
BV = BH * tan 70° = 1,09*10-4
Bres = BH / cos 70° = 1,16*10-4
Diese Werte sind natürlich ungenau, da die Messgenauigkeit hierbei sehr groß ist, auf
Grund der Schätzungen, die zum Beispiel bei der Winkelsuche mit dem Auge gemacht
wurden. Des weiteren wurde der Versuch nicht im Freien durchgeführt und somit konnte
eine Beeinflussung von Außen nicht ausgeschlossen werden.
Maßstäbliche Zeichnung des Erdmagnetfeldes:
Zusatzfrage:
Im Erdkern, wo laut Wissenschaftlern das Magnetfeld seine Ursache hat, herrschen so
große Temperaturen, dass alle magnetischen Metalle ihren Magnetismus verlieren würden
und somit kein konstantes Magnetfeld existieren würde, deshalb muss es eine andere
Lösung geben. Diese Lösung ist darin zu suchen, dass der Äußere Kern, der aus einem
unter starkem Druck zusammengepressten Metallgemisch besteht, eine Rotation
durchführt, durch welche das Magnetfeld entsteht.