14.09.2004 - bei heidingers.de

HÜ
Aufgabe 1: Begriffe
a) freie Elektronen:
Freie Elektronen bewegen sich im Leiterkristall frei zwischen den Molekülen.
b) glühelektrischer Effekt:
Durch Erwärmen eines Leiters treten Elektronen aus der Oberfläche aus.
c) Saugspannung:
Entspricht der Spannung zwischen Kathode und Anode, die die Elektronen von der geheizten Kathode
zur positiven Anode hin wegsaugt.
d) Kathodenstrahl:
Der Kathodenstrahl, sind schnelle Elektronen, die zwischen Kathode und Anode beschleunigt werden
und durch ein Loch in der Anode (Anodenloch) hindurchfliegen.
Aufgabe 2: Versuch
a) Skizziere und erläutere die Funktionsweise einer Elektronenkanone (mit Steuergitter und
Bündelungszylinder):
1. Kathode
2. Helligkeitssteuerung
3. Wehneltzylinder /
Bündelungszylinder
4. Anode
5. Schirm
6. Lichtpunkt
Aus der Kathode treten Elektronen aus. Durch die Helligkeitssteuerung wird die Anzahl der
durchfließenden Elektronenteilchen gesteuert. Im Wehneltzylinder werden die negativen Teilchen zu
einem Strahl (Elektronenstrahl) gebündelt. Der Elektronenstrahl, welcher von der positiven Anode
angezogen wird fließt durch eine Öffnung in der Anode, das Anodenloch. Wenn die Elektronen auf den
Schirm treffen ist ein Lichtpunkt zu sehen.
b) Was ist ein Elektronenstrahl? Wie kann man ihn sichtbar machen?
Eine große Anzahl an Elektronen, welche zu einem Strahl gebündelt werden, nennt man
Elektronenstrahl. Dieser wird zwischen der Kathode und Anode beschleunigt. Durch das Auftreffen der
Elektronen auf den Fluoreszenzschirm bildet sich ein Lichtpunkt auf dem beschichteten Schirm
[siehe 2 a) / (6.) ] .
c) Wie kann man den Elektronenstrahl ablenken? Skizziere und erläutere:
V0
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Der Elektronenstrahl wird durch den Kondensator geleitet. Da der Elektronenstrahl eine negative
Ladung hat wird dieser von der positiv geladenen Platte angezogen und von der negativen abgestoßen.
Die Elektronen werden senkrecht zur Flugbahn im Feld des Ablenkkondensators beschleunigt.
d) Wozu wird dieser Vorgang technisch im Oszilloskop genutzt? Erläutere das Zusammenspiel von xAblenkung und y-Ablenkung:
Moderne Oszilloskope werden zur Erzeugung von periodischen Signalen genutzt. Im einfachsten Fall
wird eine Sinus-Schwingung erzeugt, komplizierter wir jedoch, wenn man Oszilloskope zur Erzeugung
von Übertragungssignalen im Fernseher benutzt.
Ux = Sägezahnspannung
Uy = Wechselspannung
Ux = Ablenkung des Elektronenstrahls in x-Richtung
Uy = Ablenkung des Elektronenstrahls in y-Richtung
Die zwei Metallplatten bilden einen Kondensator. Legt man eine Spannung auf, so laden sie sich auf.
Die positive Platte zieht den Elektronenstrahl an, die negative stößt ihn ab. Zwei um 90° um die
Elektronenstrahlrichtung gedrehten Plattenpaare erlauben somit eine Ablenkung des Elektronenstrahls
in horizontaler (x-Richtung) und vertikaler (y-Richtung).
Aufgabe 3: Rechnung
a) Beschreibe die Bewegungen innerhalb des Ablenkkondensators anhand zweier
Bewegungsgleichungen. Begründe. Erläutere die Eingangsgrößen.
y = 1/2 a * t²
x = V0 * t
Die Bahnkurve eines Elektrons, das senkrecht zu den Feldlinien in ein elektrisches Feld fließt, ist ein
Parabelbogen. Die Ablenkung y ist proportional zur Ablenkungsspannung Uy und umgekehrt
proportional zur Beschleunigungsspannung (Anodenspannung).
b) Ermittle durch Elimination der Zeit daraus die Gleichung der Bahnkurve. Woran erkennt man, dass es
sich dabei um eine Parabelbahn handelt?
F=m*a
e * E = me * a
a = e * E / me
in y-Richtung
Elimination von t :
t = x / v0
y = a/2 * x²/v0²
Einsetzen von a :
y = ½ (e * E / me * v0²) * x²
Faktor, um welchen
die Parabel gestaucht
oder gestreckt wird.
x² steht für die
allgemeine
Parabelgleichung
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Unterrichtsthema
2.3 Arbeit im elektrischen Feld
Idee: Ein geladener Körper im Feld eines Kondensators
a) Plattenkondensator
Q = positiv
geladener
Körper
Eine äußere Spannung U erzeugt das homogene Feld E zwischen zwei Platten im Abstand d. Auf die
Ladung Q im Feld wirkt die Kraft:
Fel = Q * E
Soll diese Ladung von der negativen zur positiven Platte (Anode) gebracht werden, so muss die Arbeit
W = Fel * d verrichtet werden.
b) Spannung:
Die Ladung besitzt daraufhin die Energie (=Arbeitsfähigkeit) W.
Aus der 10. Klasse :
W / Q = Spannung [ U ] / Arbeitsfähigkeit der Ladung
Daraus folgt :
U = W / Q = ( Fel * d ) / Q = E *d
U=E*d
Spannung im elektrischen Feld zwischen zwei Punkten im Abstand d .
Die Spannung ist eine Eigenschaft des elektrischen Feldes zwischen zwei Punkten.
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