Physik - Praktikum Versuch 9/Z - Stromberg

Physik - Praktikum
Versuch 9/Z
Wehnelt-Versuch; Erdmagnetfeld
Literatur:
DORN-BADER, Oberstufe, S. 44ff.
Teil 1: Wehnelt-Versuch
Geräte :
Wehnelt-Röhre mit Helmholtz-Spulenpaar
Stabilisiertes Netzgerät zur Erzeugung des Erregerstroms
Röhrennetzgerä
Messgeräte für Stromstärke und Spannnung
e
Aufgabe: Bestimme die spezifische Ladung 0 des Elektrons
m
Die bei diesen Versuchen benutzte Spulenanordnung geht auf den Physiker Hermann Helmholtz
(1821 - 1894) zurück: Zwei sehr kurze Spulen mit großem Radius R werden im Abstand R auf gleicher
Achse parallel aufgestellt. Das Feld jeder einzelnen Spule ist inhomogen. Durch die Überlagerung
beider Felder ergibt sich aber zwischen den beiden Spulen nahe der Spulenachse ein Bereich mit
weitgehend homogenem Feld, das für Experimente frei zugänglich ist.
R
R
R
Achse;
x-Richtung
Spule 1
Spule 2
Die Magnetische Flussdichte B im inneren Bereich eines solchen Helmholtz-Spulenpaars lässt sich aus
dem mittleren Spulenradius R, der Windungszahl n und der Stromstärke I in den Spulen
näherungsweise wie folgt berechnen:
B  0,715   0 
nI
R
 0  1,256  10 6
Tm
A
Hierbei ist Voraussetzung, dass die Stromstärke in beiden Spulen gleich ist. Dies wird in unserem Fall
dadurch sichergestellt, dass beide Spulen hintereinander geschaltet sind.
Bei der von uns verwendeten Versuchsanordnung ist R = 20cm, jede Spule ist aus 14 Lagen mit je 11
Windungen gewickelt. (In der obigen Formel bedeutet n die Windungszahl einer Spule.)
Um die beiden Spulen in Serie zu schalten, muüssen zwei Buchsen mit gleicher Zahl miteinander
verbunden werden:
1
1
2
2
Setze die Wehnelt-Röhre erst nach der Kontrolle durch den Fachlehrer in Betrieb
Schaltplan:
Ub
0...50V
0...250V
+
-
250V
V
+
-
0V
250V
V
-50V
-50V
0V
Netzgerät
Heizung 8V
Wehnelt-Röhre
Messung: Bestimme für die Radien r = 2, 3, 4, 5 cm jeweils 2 verschiedene Kombinationen von
Beschleunigungsspannung Ub und Erregerstrom Ierr.
Ergebnisse:
Radius r in cm
Spannung Ub in V
Strom Ierr in A
B in T
spez. Ladung
e0
m
2
2
3
3
4
4
5
5
Auswertung: Aus diesen 8 Versuchsdaten ist ein Mittelwert für die spezifische Elektronenladung zu
berechnen (Abweichung vom wissenschaftlichen Wert ?)
Falls noch genügend Zeit sein sollte:
Drehe nun die Wehnelt-Röhre um einen kleinen Winkel  um ihre horizontale Achse.
Beobachte und erkläre die entstehenden Schraubenbahnen
Zusatzfrage:
Was bezeichnet mit Van Allen - Strahlungsgürtel der Erde?
Wie kommt dieser Strahlungsgürtel zustande?
Teil 2: Erdmagnetfeld
Literatur:
DORN-BADER, Oberstufe S. 42
Aufgabe: Bestimme nach dem im Lehrbuch beschriebenen Verfahren die Horizontalintensität BH des
Erdmagnetfelds B. Mit Hilfe des Deklinatoriums lässt sich der Inklinationswinkel i zwischen B und BH
bestimmen. (Diesen Teil des Versuchs möglichst im Freien durchführen, Wasserwaage verwenden!)
Berechne aus BH und dem Winkel i die Gesamtintensität B des Erdmagnetfelds sowie die
Vertikalkomponente BV.
Stelle den Versuchsaufbau selbst zusammen.

Auswertung: Fertige eine maßstäbliche Zeichnung für den Vektor B und seine Komponenten BH und
BV an.
Zusatzfrage: Warum ist es nicht möglich, dass das Erdmagnetfeld von magnetischem Eisen im
Erdinnern erzeugt wird?