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Gymnasium Syke
La Chatre Straße
28857 Syke
Selbstständige wissenschaftspropädeutische Arbeit (Facharbeit)
in der gymnasialen Oberstufe des Gymnasiums Syke
im Leistungsfach Physik
Thema:
Geschwindigkeit von Elektronen
Verfasser:
Christian Aselmann
Am Steinkamp 17
27211 Bassum-Neubruchhausen
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Einführung in die Thematik/Schwerpunktauswahl
2. Theoretische Grundlagen
2.1 Ladung
2.2 Das elektrische Feld
2.2.1 Das elektrische Feld einer Punktladung
2.2.2 Das elektrische Feld eines Plattenkondensators
2.3 Das elektrische Potential
1
1
2-14
2
3
3-4
4
4
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2.3.1 Das elektrische Potential eines Plattenkondensators
2.3.2 Das elektrische Potential einer Punktladung
2.4 Erzeugung von Elektronenstrahlen
2.4.1 Erzeugung von Hochvakuum
2.4.2 Der glühelektrische Effekt
2.4.3 Der Wehneltzylinder
2.5 Beeinflussung von Elektronenstrahlen
2.5.1 Beeinflussung von Elektronenstrahlen im elektrischen
Feld
2.6 Anwendung von Elektronenstrahlen in Vakuumröhren
2.6.1 Oszilloskop
2.6.2 Fernsehröhren
2.6.3 Röntgenröhren
3. Praktische Auseinandersetzung mit dem Thema
3.1 Ziel des durchgeführten Versuchs
3.2 Versuchsmaterialien
3.3 Versuchsaufbau/Versuchsskizze
3.4 Versuchsdurchführung
3.5 Versuchsergebnisse
3.6 Versuchsauswertung
3.7 Fehlerbetrachtung
3.8 Fazit
4. Schluss
5. Literaturverzeichnis
6. Erklärungen
7. Anhang
5
6
6
6
7
8
8
8-11
12
12
13
13-14
15-18
15
15
15-16
16
16-17
17-18
18
18
19
20-21
22-32
1. Einleitung
1.1 Einführung in die Thematik/Schwerpunktauswahl
Ohne die Erkenntnis, dass Elektronen durch bestimmte Vorgänge abgebremst, beschleunigt
oder abgelenkt werden können, wäre es bis vor einigen Jahren, als die Plasma und LCDMonitor erfunden wurden, nicht möglich gewesen beispielsweise Bilder auf einem Monitor
darzustellen.
Die Geschwindigkeit der Elektronen spielt dabei eine tragende Rolle. Der deutsche Physiker
und spätere Nobelpreisträger Karl Ferdinand Braun, erkannte dies bereits vor über einem
Jahrhundert (1897). In der Elektronenröhre, die später nach ihm umbenannt wurde und heute
Braunsche Röhre heißt, erkannte er, dass Elektronen beim Eintritt in ein elektrisches bzw.
magnetisches Feld abnorm verhalten und sich bei richtiger Polung in verschiedene Richtungen
ablenken lassen.[1]
Auf diese Erfindung gehe ich im praktischen Teil meiner Facharbeit ein. Dort habe ich die
Ablenkung der Elektronen unter dem äußeren Einfluss eines Kunststoffstabes einmal genau
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betrachtet.
Zuerst werde ich jedoch die theoretischen Grundlagen, die man zum Verständnis der
Elektronenbewegung / Elektronengeschwindigkeit benötigt, erläutern.
Als Schwerpunktthema (so haben wir uns in unserer Gruppe geeinigt) sind die verschiedenen
Elektronenbewegungen in unterschiedlichen Stoffen zu wählen. Jan Hackfeld beschäftigt sich
mit der Elektronengeschwindigkeit in Festkörpern, wogegen Morgan Düren die
Elektronenbewegung im magnetischen Feld betrachtet. Ich habe mich für den Schwerpunkt
Elektronenbewegung im elektrischen Feld entschieden.
Aufgrund einiger Graphiken, sowie aus stilistischen Gründen, konnte ich die vorgegebene
Seitenzahl von max. 15 Seiten nicht einhalten.
2. Theoretische Grundlagen
2.1 Ladung
Es gibt zwei verschiedene Arten von elektrischen Ladungen. Die negativen Ladungen, die an
die Elektronen gebunden sind und die positiven Ladungen, die an die Protonen gebunden sind.
Diese zwei Ladungsarten findet man noch bei weiteren Elementarteilchen, die jedoch instabil
und sehr kurzlebig sind.
Unter der elektrischen Ladung versteht man eine Eigenschaft der Materie, die sich darin
äußert, dass sich gleichartige Ladungen abstoßen und ungleichartige Ladungen anziehen.
Die Größenbezeichnung der elektrische Ladung ist der Buchstabe Q, die Einheit der Ladung ist
[Q] = 1 As = 1 C (Coulomb).
Nach dem Milikan Experiment wissen wir, dass jedes Elektron eine Elementarladung
e- = -
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C hat. Ein Coulomb entspricht damit einer Anzahl von
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Elektronen, die sich pro Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters bewegen. Bei fast allen
Elementarteilchen findet man positive und negative Ladungen mit einem Betrag von
e=
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C. Nur bei Quarks, aus denen zum Beispiel Protonen und Neutronen bestehen, und die einzeln
noch nicht beobachtet worden sind, findet man Ladungen von
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bzw.
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.
Ist die Anzahl der Elektronen und Protonen im Atom gleich, spricht man von einem elektrisch
neutralen Körper, ansonsten von einem positiven bzw. negativen elektrisch geladenen Körper.
Ein Körper kann seine Ladung durch Elektronenabgabe bzw. Elektronenaufnahme ändern.[2]
2.2 Das elektrische Feld
Das elektrische Feld ist eine Beschreibung der Kraftwirkung von Ladungen auf eine positive
Probeladung, in Abhängigkeit von Raum und Zeit. Das elektrische Feld, also die Kraftwirkung
von Ladungen auf positive Probeladungen, kann vereinfacht mit Hilfe von Feldlinien dargestellt
werden, auf denen eine Richtung von den positiven Ladungen weg und zu den negativen
Ladungen hin festgelegt wird. Die Richtung der Kräfte wird dabei mit Hilfe der Tangenten an
diese Linien in den betreffenden Punkten dargestellt. Der Betrag der Kräfte kann nur durch die
Feldliniendichte angedeutet werden.
Die Kräfte der Ladungen wirken unabhängig von ihrer Umgebung auch durch Nicht-MetallStoffe und Gase hindurch. Bei Leitern, also Stoffen, in denen sich Ladungen bewegen
können, können Effekte auftreten, wie man sie beim Faradayschen Käfig beobachtet. Dabei
wird im Innern einer Metallkugel, die sich in einem elektrischen Feld befindet, durch
Ladungsverschiebung im Metall, das elektrische Feld im Innern der Metallkugel aufgehoben, so
dass dort scheinbar keine elektrischen Kräfte auf Ladungen wirken.
Um das elektrische Feld möglichst genau zu beschreiben, muss neben der Richtung der Kraft,
auch noch der Betrag für jeden Punkt in einem Feld angegeben werden. Um die Kraftwirkung
elektrischer Ladungen unabhängig von der Probeladung vergleichen zu können, muss der
Einfluss der Probeladung selbst herausgerechnet werden. Da die Kraft Fq auf solche
Probeladungen proportional zu der Probeladung q selbst ist, genügt es zum Vergleich das
Verhältnis von Kraft zu Probeladung heranzuziehen.
Die so entstandene Größe
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nennt man elektrische Feldstärke E.
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Definition:
Originaldokument Die elektrische Feldstärke ist der Quotient aus der Kraft F, die
ein geladenes Teilchen am betrachteten Ort erfährt und seiner
enthält an dieser
positiven Ladung q.
Stelle eine Grafik! [E] = 1 N/C bzw. 1 Vm
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position!
In der Umgebung von Ladungen kommt es bei Leitern wie auch bei Nichtleitern zu
Ladungsverschiebungen zwischen Protonen und Elektronen. Es entstehen elektrische Dipole.
Diese Ladungsverschiebung unter dem Einfluss einer äußeren Ladung bezeichnet man auch als
elektrische Influenz.
Die Kraftwirkung mehrer Ladungen auf eine Probeladung ist so groß wie die Vektorsumme aller
Einzelkräfte der Einzelladungen. Ein elektrisches Feld, das von vielen Ladungen erzeugt wird,
kann somit als Überlagerung der Felder der Einzelladungen betrachtet werden
(Superpositionsprinzip)[3].
2.2.1 Das elektrische Feld einer Punktladung
Das elektrische Feld einer Punktladung hat nach, dem im Abschnitt 2.2 ausgeführten, eine
besondere Bedeutung, da aus ihm zumindest theoretisch das Feld jeder beliebigen
Ladungsverteilung ermittelt werden kann. Die Feldlinien sind Geraden, die von der Ladung aus
radialsymmetrisch verlaufen. Die Feldstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der
Ladung ab, was durch die auseinander laufenden Geraden veranschaulicht wird. Das Feld der
Punktladung ist somit inhomogen.
Die Abnahme der Feldstärke mit zunehmendem Abstand von einer Punktladung lässt sich wie
folgt mathematisch beschreiben:
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.
Das elektrische Feld einer geladenen Kugel unterscheidet sich von dem elektrischen Feld einer
Punktladung nur darin, dass sich das Feld im Inneren der Kugel aufgehoben wird (siehe
Faradayscher Käfig).
2.2.2 Das elektrische Feld eines Kondensators
Das elektrische Feld eines Plattenkondensators, dessen Plattenabstand sehr klein im Vergleich
zum Plattendurchmesser ist, hat zwischen den Platten ein homogenes Feld, denn an jedem
Punkt des Feldes wirkt dieselbe Feldstärke. Außen um den Plattenkondensator herum ist das
elektrische Feld dagegen verschwindend klein.
Die Feldstärke zwischen den Platten eines solchen Kondensators wird durch folgende
Gleichungen mathematisch beschrieben:
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[4]
2.3 Das elektrische Potential
Das elektrische Potential dient einer genaueren Beschreibung des elektrischen Feldes.
Bewegt man eine Probeladung im elektrischen Feld gegen die Feldrichtung, so muss man
Arbeit [W] verrichten. Da die Kräfte auf Probeladungen zu deren Ladung proportional sind, ist
auch die zu verrichtende Arbeit oder die zugeführte Energie proportional zur Probeladung. Um
Energie und Arbeit im elektrischen Feld vergleichbar beschreiben zu können muss auch hier
der Einfluss der Probeladung herausgerechnet werden.
Der Quotient aus der Arbeit Wq, die an der Probeladung verrichtet wurde, und der Ladung der
Probeladung q nennt man das Potential ö. [5]
Definition:
Originaldokument Das elektrische Potential [
enthält an dieser
Stelle eine Grafik!
Original
document
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] eines Punktes (in Bezug auf P) im elektrischen Feld ist der
Quotient aus der Energie [W], die man benötigt, um einen
geladenen Probekörper vom Punkt P1 nach P2 zu bringen, und
seiner Ladung [q]. (Definition)
[E] = 1 J/Q = 1 V (Volt [6])
position!
2.3.1 Das elektrische Potential eines Plattenkondensators
Genauso wie bei der elektrischen Feldstärke, haben auch in einem homogenen elektrischen
Kondensatorfeld alle Punkte das gleiche elektrische Potential, sofern sie den gleichen Abstand
von den Kondensatorplatten haben. Da die Feldlinien zwischen zwei Kondensatorplatten
parallel zueinander verlaufen, liegen auch die Punkte gleichen Potentials auf einer zur
Kondensatorplatte parallelen Ebene. Diese Ebene wird Äquipotentialfläche genannt.
Den Ausgangspunkt P1 bezeichnet man auch als Bezugspunkt. Dieser Bezugpunkt muss dabei
nicht auf der negativen geladenen Platte liegen, sondern kann beliebig gewählt werden. Für
jeden Bezugspunkt erhält man ein unterschiedliches Potential, wobei das Potential des
Bezugspunkts selbst den Wert 0 J/C aufweist.
Das Potential aller anderen Punkte ist vom Weg, den man von P1 aus zu ihnen zurücklegt,
unabhängig.
Die Potentialdifferenz zweier Punkte bezeichnet man mit elektrischer Spannung [U].
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Die elektrische Spannung U zwischen zwei Punkten P1
Originaldokument und P ist gleich der Differenz ihrer Potentiale. (Definition)
2
enthält an dieser
[U] = 1 Volt
Stelle eine Grafik!
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at this position!
„Spannung ist die Energiedifferenz dividiert durch Ladung.“ [7] Um geladene Körper von einer
Platte zur anderen zu transportieren benötigt man eine Spannungsquelle, die die notwendige
Energie liefert. Diese Energie lässt sich folgendermaßen errechnen. Für die Verschiebung eines
Körpers mit einer bestimmten Ladung q von einem Punkt P1 zu einem Punkt P2, in denen
jeweils das Potential
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bzw.
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vorherrscht, ergibt sich für die Energie W:
Definition:
Originaldokument Die für die Bewegung eines Körpers mit der Ladung q von
P1 nach P2 erforderliche Energie W12 ist gleich dem
enthält an dieser
Stelle eine Grafik!
Original
Produkt aus der Ladung des Körpers und der zwischen den
beiden Punkten liegenden Spannung U21.
document
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position!
Für das elektrische Feld eines homogenen Plattenkondensators mit einer Feldstärke E ergibt
sich, bei einer Ladungsverschiebung von einer Platte zur anderen Platte mit dem
Plattenabstand d, für die Energie folgende Formel:
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Aus dieser Beziehung lässt sich auch die Formel zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke in
einem Kondensator (Punkt 2.2.2) ableiten.
8
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2.3.2 Das elektrische Potential einer Punktladung
Im inhomogenen Feld einer Punktladung berechnet sich die Energie bzw. die Spannung nicht
so leicht, da die Feldstärke auf dem Weg von einem Punkt P1 zu einem Punkt P2 nicht konstant
ist. Um die potentielle Energie näherungsweise zu ermitteln, die ein geladenes Teilchen bei der
Bewegung im elektrischen Feld gewinnt, muss man den Weg, den das Teilchen zurückgelegt
hat, in n kleine Wegstrecken aufteilen. Ist die Wegstrecke
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ausreichend klein gewählt, so kann man davon ausgehen, dass die Feldstärke
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in dem Intervall
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näherungsweise konstant ist.
Die Gesamtenergie setzt sich also aus mehreren kleinen Intervallstücken zusammen, für jedes
einzelne Intervall erhält man:
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.
Um einen Näherungswert für die Gesamtenergie zu erhalten, muss man die einzelnen
Teilenergien addieren:
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.
Geht man zu beliebig kleinen, unendlich vielen Wegstücken über, so erhält man mittels
Grenzübergang den exakten Wert durch Integration:
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.
Wie beim homogenen elektrischen Feld ist die Gesamtenergie auch hier nicht von dem Weg
abhängig, sondern von nur vom Potential des Anfangs- bzw. Endpunkts.[8]
2.4 Erzeugung von Elektronenstrahlen
Um einen sichtbaren Elektronenstrahl zu erzeugen, benötigt man einen in sich
abgeschlossenen Behälter, in dem ein Vakuum vorherrscht, sodass die Elektronen nicht
verstreut werden. Durch den glühelektrischen Effekt lässt man dann Elektronen aus einem
Metall austreten. Im Wehneltzylinder werden diese einzelnen freien Elektronen dann gebündelt
und als Strahl wieder abgegeben.
2.4.1 Erzeugung von einem Hochvakuum
Um Elektronen in einem elektrischen Feld zu beschleunigen, abzulenken oder abzubremsen
benötigt man immer ein Hochvakuum, da sonst die Elektronen verstreut werden und von der
Umgebung absorbiert werden. Besonders in Teilchenbeschleunigern, wie etwa dem
Teilchenbeschleuniger DESY in Hamburg, kommt die Vakuumtechnik zum Einsatz, um den
Elektronen einen möglichst „unbehinderten, gaspartikelfreien Umlauf zu ermöglichen.“[9] Auch
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in der Raumfahrtindustrie wird Vakuumtechnik benutzt um den schwerelosen Raum
darzustellen. Auf dem Stand der heutigen Technik ist es möglich den Druck in einem
Vakuumbehälter auf 10-17 bar/cm² runterzusetzen, was etwa tausend Gasmolekülen
gegenüber 1020 Gasmolekülen bei normalem Druck entspricht.[9]
2.4.2 Der glühelektrische Effekt
Der glühelektrische Effekt, auch als Edison-Effekt oder Richardson-Effekt bekannt, beschreibt
das Phänomen, dass freie Elektronen aus einem Metall austreten, wenn man es mit Hilfe einer
Heizspannung erhitzt. Im Jahre 1883 machte Thomas Edison diese Entdeckung die es auf
einfache Weise ermöglicht freie Elektronen zu erzeugen. Er entdeckte, dass sich in einer
evakuierten Röhre, in die zwei Elektroden eingeschmolzen sind, bei eingeschaltetem Heizstrom
durch die Kathode, elektrische Ladungen zur Anode hin verschieben. Mit Hilfe einer dritten
Elektrode, die sich zwischen Kathode und Anode befand, konnte er nachweisen, dass es sich
um negative geladene Ladungen handeln muss. Diese Elektrode konnte er wahlweise mit
positiven oder negativen Ladungen aufladen. Auf diese Weise konnte er nachweisen, dass es
sich um negative geladene Ladungen handeln muss. Bei negativen Ladungen an der dritte
Elektrode wurde der Anodenstrom unterbrochen, da sich gleichartige Ladungen abstoßen, bei
ausreichend positiver Aufladung an der Elektrode verstärkt sich der Anodenstrom
entsprechend. Dasselbe System wird heute noch in Trioden (siehe Anhang) zur Verstärkung
eines elektrischen Signals angewandt.
Aus diesen Überlegungen schloss Edison, dass beim Austritt der Elektronen aus der Kathode
eine Kraft überwunden werden muss, um die Elektronen vollständig freizusetzen. Durch die
Wärmewirkung des Kathodenstromes werden die Elektronen zwar aus dem Draht
herausgelöst, jedoch durch die elektrischen Kräfte der Protonen wieder eingefangen. Erst
durch die Anziehungskraft der positiv geladenen Anode werden sie endgültig von der Kathode
abgelöst. Ein dauerhafter Anodenstrom ist nur möglich, wenn ein geschlossener Stromkreis
zwischen Anode und Kathode hergestellt wird.
Die Größe der Austrittsenergie ist individuell abhängig von der Art des Metalles und seiner
Elektronenabgabe. (Tabelle siehe Anhang)
Die Austrittsenergie einer Ladung Q ergibt sich im Allgemeinen nach folgender Formel:
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an. Die Einheit heißt Elektronenvolt (eV). 1 eV =
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J. [10]
2.4.3 Der Wehneltzylinder
Der Wehneltzylinder[11] ist eine Vorrichtung in Elektronenröhren zur Bündelung und Steuerung
der Intensität eines Elektronenstrahles. Durch einen, negativen geladenen, an der Spitze
geöffneten, Kegel werden die Elektronen durch Abstoßung gebündelt und treten als Strahl ins
Vakuum aus. Die Wirkung beruht darauf, dass die negativen Ladungen auf dem Kegelmantel
des Wehneltzylinders die Elektronen zur Elektronenstrahlmitte hin abstoßen. Wird die negative
Ladung des Wehneltzylinders immer größer, so sinkt die Intensität des Elektronenstrahls, bis er
schließlich vollständig unterbrochen wird. Der Wehneltzylinder hat dann eine ähnliche Funktion
wie das Steuergitter in der Triode (siehe Anhang). [12]
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2.5 Beeinflussung von Elektronenstrahlen
Elektronenstrahlen reagieren sehr empfindlich auf ihre Umgebung. So werden sie, wenn sie in
ein elektrisches bzw. magnetisches Feld eintreten unterschiedlich abgelenkt bzw. beschleunigt
oder abgebremst.
2.5.1 Beeinflussung von Elektronenstrahlen im elektrischen Feld
Elektronen werden in elektrischen Felder unterschiedlich beeinflusst, dabei ist es entscheidend
in welcher Lage die Elektronen in das elektrische Feld eintreten.
Gelangen Elektronen parallel zu den Feldlinien in ein elektrisches Feld, dann gilt für die Masse
eines Elektrons [me] mit der Ladung [e]:
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und
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.
Daraus folgt, dass Elektronen im homogenen elektrischen Feld beschleunigt werden.
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Das Elektron führt die gleichmäßig beschleunigte Bewegung aus. Den zurück gelegten Weg
berechnet man daher aus:
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Nachdem Austreten der Elektronen aus dem elektrischen Feld mit der Beschleunigungsspannung [U] besitzen die Elektronen die kinetische Energie:
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Diese Energie entspricht der Energie der Überführungsarbeit. Sie ist nötig um Elektronen von
einer Platte des Kondensators, zu anderen hinüber zu transformieren.
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Setzt man diese beiden Energien gleich, so erhält man für die Geschwindigkeit [v] folgende
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Beziehung:
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Beim Prinzip der Braunschen Röhre ist es nicht ganz so einfach. Hier gelangen die Elektronen
senkrecht zu den Feldlinien in das elektrische Feld der Beschleunigungsspannung.
Die Braunsche Röhre ist ein evakuiertes trichterförmiges Glasrohr, das mittels eines
elektrischen Feldes in der Lage ist, Elektronenstrahlen horizontal und vertikal abzulenken.
Aufgrund des glühelektrischen Effektes (2.4.2) treten Elektronen aus einer Heizwendel, die
durch eine Wechselstromheizspannung erhitzt wurde, aus. Nach dem Verlassen der
Heizwendel werden die Elektronen in einem Wehneltzylinder (2.4.3) gebündelt, und durch die
angelegte Beschleunigungsspannung zur Anode hin beschleunigt. Jetzt treffen die Elektronen
auf zwei Kondensatorplattenpaare die den Elektronenstrahl ablenken. Durch unterschiedliche
Polung an den Kondensatorplatten wird der Elektronenstrahl horizontal bzw. vertikal abgelenkt.
Mit Hilfe des, in die Elektronenablenkröhre eingelassenem, Koordinatensystem lässt sich die
Bewegung des Elektrons anschaulich darstellen.
Dieses Phänomenen der Ablenkung ist vergleichbar mit dem waagerechten Wurf auf der Erde.
Genau wie die Gravitationskraft der Erde eine Anziehungskraft auf den Wurfgegenstand
ausübt, übt der positive Pol im elektrischen Feld eine „Anziehungskraft“ aus. Die Elektronen
werden von ihm angezogen und verlaufen ebenso wie beim waagerechten Wurf auf einer
Parabelbahn. Diese Kraft überlagert sich dann mit gleichförmigen Bewegung des Elektrons in xRichtung und wird dadurch parabelförmig abgelenkt. Die Elektronen durchlaufen also
zusätzlich zur gleichförmigen Bewegung in x-Richtung eine gleichmäßige Beschleunigung in yRichtung, während des senkrechten Eintretens in das elektrische Feld.
In y-Richtung besitzt das Elektron die konstante Beschleunigung:
(1)
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NR:
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(2)
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(3)
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Setzt man die Formel für die Beschleunigung jetzt in die Gleichung für die Bewegung des
Elektrons in y-Richtung ein, so erhält man:
(1)
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NR:
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(2)
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Für die Bewegung in x-Richtung gilt:
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Eliminiert man aus beiden Gleichungen die Zeit, so erhält man die Gleichung für die
Parabelbahnkurve
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=>
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Die Öffnung der Parabel ist abhängig von der Polung an den Kondensatorplatten. Diese Kraft
wirkt auf den Elektronenstrahl aber nur im elektrischen Feld des Kondensators, außerhalb geht
die Bahnkurve in die Parabeltangente über.
Um einen Punkt, wie bei einem Oszilloskop darzustellen, muss man die Gleichung der
Tangente außerhalb des Kondensator bestimmen.
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Abb.: Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S.
227, Abb. 227.2
Nachdem der Elektronenstrahl den Kondensator mit der Länge [
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] „durchquert“ hat, treffen die Elektronen auf dem Schirm im Punkt D mit dem Abstand [s]
vom Kondensator auf.
Der Punkt D hat die Koordinaten (
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). Für
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gilt:
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=
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Für
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gilt:
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=
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*
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ist dabei die Ablenkung des Elektrons Feld des Kondensators
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und
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* außerhalb.
Da sich die Bahn der Elektronen außerhalb des Kondensators nicht mehr verändert, bewegen
sich die Elektronen gleichförmig und legen in der Zeit von
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die Strecke
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zurück.
Für
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gilt
(1)
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NR:
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(2)
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(3)
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Für
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* ergibt das:
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Zusammengesetzt errechnet sich dann für den Y-Wert des Punktes D auf dem Leuchtschirm
folgende Koordinate:
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è
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[13]
2.6 Anwendung von Elektronenstrahlen
Heutzutage wird die Technik von Elektronenstrahlen in den unterschiedlichsten Bereichen
eingesetzt. Ein paar Geräte in denen die Elektronenstrahltechnik verwendet wird sind hier kurz
erläutert und beschrieben. (weitere Beispiele, siehe Anhang)
2.6.1 Das Oszilloskop
Das Oszilloskop ist im Prinzip eine Braunsche Röhre. Allerdings hat das Oszilloskop im
Gegensatz zur Braunschen Röhre, 4 Ablenkplatten um den Elektronenstrahl in x- und yRichtung abzulenken.
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Abb. 1 :
Sägezahnspannung
http://www.unister.de/
Unister/wissen/sf_lexikon/
ausgabe_stichwort27585_354.
html
Genau wie in der Braunschen Röhre, werden Elektronen beschleunigt und abgelenkt bevor sie
auf dem Oszillographenbildschirm auftreffen. Durch den Glühelektrischen Effekt (2.4.2) an der
Kathode, verlassen Elektronen eine elektrisch isolierte Heizwendel und werden zur Anode, die
ein positives Potential empfängt, hin beschleunigt. Beim Aufprall auf den
Oszillographenbildschirm erzeugen sie, je nach Intensität, einen unterschiedlich starken
Lichtfleck.
Durch Veränderung der Spannung am Wehneltzylinder, die gegenüber den Kathode ein
negatives Potential empfängt, wird die Helligkeit bzw. Intensität des Leuchtflecks bestimmt.
Nach dem Austreten der Elektronen aus der Elektronenkanone, gelangen die Elektronen in ein
Ablenksystem, in dem mit Hilfe von zwei zusätzlichen Elektronen, die Ablenkung des
Elektronenstrahls in x und y Richtung bestimmt werden kann.
Um ein wechselndes Bild auf dem Bildschirm zu erhalten, muss die Spannung an den Platten in
x- und y-Richtung immer wieder umgepolt werden. Da die Spannung an den Ablenkplatten
nicht schlagartig umgepolt werden kann, entsteht die so genannte Sägezahnspannung.
Um auf dem Bildschirm ein ruhiges Bild zu erhalten, muss die Periodendauer, mit der
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darzustellenden Spannung, gleich oder ein ganzahliges Vielfaches davon sein.
Verwendungszweck von Oszilloskopen ist hauptsächlich die schnelle Darstellung von
Vorgängen in Elektronikschaltungen und mechanischen Schwingungen. [14]
2.6.2 Röntgenröhren
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Prinzipieller Aufbau eines
Röntgenstrahlers
Abb. 2 : http://www.mww.de/enzyklopaedie/
strahlenmedizin/roentgenstrahlung.html
„Röntgenstrahlung[15] ist eine energiereiche elektromagnetische Strahlung.“[16] Man
unterscheidet zwischen zwei Arten von Röntgenstrahlung, die ‚diskrete Röntgenstrahlung’[17]
und die kontinuierliche Röntgenstrahlung. Damit Röntgenstrahlung entstehen kann, benötigt
man für gewöhnlich eine Röntgenröhre. (Auch bei Fernsehröhren oder Monitoren entsteht
Röntgenstrahlung, jedoch ist sie hier nicht erwünscht und muss durch starke Bleischichten an
der Mattscheibe abgeschirmt werden.)
Die einfachste Art einer Röntgenröhre besteht ebenfalls aus einer Elektronenstrahlröhre, mit
einer Kathode und einer Anode. Im Gegensatz zu den anderen Elektronenröhren werden in der
Röntgenröhre die Elektronen zwar erst auch stark beschleunigt, allerdings dringen sie in
diesem System in das Anodenmaterial ein und werden dort massiv abgebremst. Bei diesem
Vorgang wird Röntgenstrahlung erzeugt.
Da Röntgenstrahlung, bei längeren Einwirkung auf den Menschen, gesundheitliche Schäden
nach sich ziehen kann, muss die Röntgenröhre extrem abgeschirmt werden. Um eine
ausreichende Abschirmung zu erhalten, wird das Schutzgehäuse innen mit Blei ausgekleidet,
nur die benötigte Strahlung kann durch ein Strahlenaustrittsfenster das System verlassen.
Röntgenstrahlung wird vorwiegend in der Medizin und Forschung verwendet.[18]
2.6.3 Fernsehröhren
Ohne die Erkenntnisse der Braunschen Röhre wäre es heute nicht möglich Röhrencomputer
und Fernsehmonitore herzustellen. Denn im Fernseh- oder Computermonitor ist eine
Elektronenablenkröhre, die auf dem Prinzip der Braunschen Röhre basiert, installiert. Ähnlich
wie in der Elektronenröhre im Oszilloskop werden hier die Elektronen in einem elektrischen
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Feld beschleunigt und durch ein magnetisches Feld abgelenkt. Allerdings trifft hier der
Elektronenstrahl, vor dem Auftreffen auf der Mattscheibe, auf drei verschiedene dicht
beieinander liegende Phosphorpunkte die in den drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau)
aufleuchten. Um unterschiedliche Farben zu erhalten werden von der Elektronenkanone drei
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Abb. 3 : http://
www.computertutorial.de/inout/
monitor1.html
verschiedene Strahlen abgegeben. Durch unterschiedliche Intensität der Leuchtstrahles, die
auf dicht beieinander liegende Phosphorpunkte abgegeben werden, werden die Farben
vermischt. Durch die Trägheit des Auges werden vom Menschen die einzelnen
Elektronenstrahlen nicht wahrgenommen, und man erkennt einen einzigen Punkt mit der
entsprechenden Mischfarbe (Pixel).
Um zu gewährleisten, dass die Elektronenstrahlen auch exakt den richtigen Phosphorpunkt
treffen, müssen die Elektronenstrahlen kurz vor erreichen der Phosphorschicht ein Blech mit
sehr feinen Löchern bzw. Schlitzen überwinden, und treffen danach genau auf den
richtigen Pixel. Damit der ganze Bildschirm mit einem Bild „bedeckt“ ist. wird der Vorgang, von
links oben nach rechts unten, Zeile für Zeile durchgeführt. Damit ein ruhiges Bild für das
Auge entsteht muss die Bildwiederholfrequenz möglichst hoch sein. Moderne Monitore haben
mindestes eine Bildwiederholfrequenz von 80 Bildern pro Sekunde (80 Hz). [19]
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3. Praktische Auseinandersetzung mit dem Thema
3.1 Ziel des durchgeführten Versuchs
Mit dem von mir durchgeführten Versuch an der Elektronenablenkröhre, will ich die elektrische
Feldstärke in einer Elektronenablenkröhre bestimmen. Die Röhre ist von einem homogenen
elektrischen Feld umgeben. Das Ergebnis möchte ich mit der elektrischen Feldstärke in einer
Elektronenablenkung, die von einem äußeren Kunststoffstab beeinflusst wurde, vergleichen.
Diese Feldstärke ist dabei durch den gleichen Versuchsaufbau zu beschreiben.
3.2 Versuchsmaterialien
Zur korrekten Durchführung des Versuches benötigt man:
- 1 Wechselstromnetzgerät (Leybold-Heraeus L52239) für die
Heizspannung
- 2 Gleichstromnetzgeräte (Leybold L52237) mit einer Maximalbelastung
von 3 KV für die Beschleunigungsspannung und die Ablenkspannung
- 2 statische Voltmeter ( Leybold-Heraeus L54038, L54049) (Ich habe 4
Voltmeter verwendet, um so durch austauschen der Voltmeter,
möglichst genau die Spannung ablesen zu können) zur Kontrolle der
Ausgangsspannung an der Beschleunigungsspannung und der
Ablenkspannung
- 1 Elektronenablenkröhre (Leybold Didactic GmbH TEL L55512) mit
zugehöriger Halterung (Leybold TEL L55505)
- 10 Kabel
- 3 Kabelkupplungen
- 1 Kunststoffstab mit zugehörigem Katzenfell
3.3 Versuchsaufbau/Versuchsskizze
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[20]
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[21]
Zuerst muss die Elektronenablenkröhre in die dafür vorgesehene Halterung fest angebracht
werden. Jetzt kann das Wechselstromnetzgerät als Heizspannung an die Glühwendel
angeschlossen werden. Die Heizspannung muss 6,3 Volt betragen. Um die Elektronen zu
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beschleunigen, muss ein Gleichstromnetzgerät an die Glühwendel mit negativem Pol
angeschlossen werden, damit die Elektronen auf der einen Seite abgestoßen und werden und
auf der anderen angezogen werden. Das zweite Gleichstromnetzgerät wird an der Glaskugel
jeweils oben und unten angeschlossen. Oben wird der negative Pol angeschlossen, damit
später eine Elektronenablenkung nach unten dargestellt wird. Über den
Gleichstromnetzgeräten wird die Spannung mit jeweils einem statischen Voltmeter
abgenommen.
3.4 Versuchsdurchführung
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Abb.4 eigenes Foto
Nachdem ich alles ordnungsgemäß angeschlossen hatte und mich vergewissert hatte, dass alle
Sicherungen in Ordnung waren, musste ich den Raum verdunkeln, da ich sonst nicht in der
Lage gewesen wäre die Elektronenbewegung wahrzunehmen. Jetzt wird die Heizspannung
eingeschaltet und man erkennt ein Glühen im Innern der Ablenkröhre. Nun habe ich die
Beschleunigungsspannung erhöht und es lässt sich ein blau gefärbter, auf einem in der
Bahnebene angeordneten Leuchtschirm dargestellten Elektronenstrahl erkennen. Bisher noch
ohne Ablenkung. Anschließend wird die Ablenkspannung angelegt und man erkennt deutlich
den Ausschlag der Elektronenbahn nach unten in eine parabelförmige Bahn.
Als letztes habe ich den Kunststoffstab mit dem Katzenfell gerieben und dadurch negativ
aufgeladen. Durch horizontale bzw. vertikale Annäherung des Kunststoffstabes an die
Elektronenablenkröhre lässt sich eine deutliche Veränderung der Krümmung des
Elektronenstrahles erkennen.
3.5 Versuchsergebnisse
Beschleunigungsspannung (Ua)
in
Volt
Ablenkspannung yx(Uc) in
Messwerte Messwerte
Volt
in cm
in cm
2000
500
1,9
11,8
2000
600
2,2
11,5
2000
700
2,5
11,25
2000
800
2,5
10,7
2000
900
2,5
10,2
2000
1000
2,5
9,6
2000
1100
2,5
9,2
2000
1200
2,5
8,7
2000
1300
2,5
8,3
2000
1400
2,5
7,9
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2000
1500
2,5
7,4
2000
1600
2,5
7,2
2000
1700
2,5
7
2000
1800
2,5
6,8
2000
1900
2,5
6,6
2000
2000
2,5
6,2
2000
2100
2,5
5,9
2000
2200
2,5
5,7
2000
2300
2,5
5,4
2000
2400
2,5
5,1
2000
2500
2,5
4,8
2000
2600
2,5
4,6
2000
3000
2,5
4,2
Elektronenablenkung ohne Einfluss eines negativ geladenen Kunststoffstabes
___________________________________________________________________________
Beschleunigungs- Ablenkyspannung (Ua)
spannung Messwerte
(Uc) in Volt in cm
in Volt
xMesswerte
in cm
2000
700
2,5
9,2
2000
1000
2,5
8,1
2000
1500
2,5
6,6
2000
2000
2,5
5,9
2000
2500
2,5
5,25
Elektronenablenkung im Einfluss des negativ geladenen Kunststoffstabes
(Im Verhältnis zur Elektronenablenkung ohne Einfluss eines negativ geladenen Kunststoffstabes wenig Messwerte, dass liegt daran, dass es sehr schwierig ist den genauen Punkt zu
bestimmen, da dieser mit jeder Bewegung des Kunststoffstabes schwankt)
Der Kunststoffstab wurde bei allen Messwerten mit 200 nC aufgeladen.
3.6 Versuchsauswertung
Mit der in Abschnitt 2.5.1 hergeleiteten Formel lassen sich, durch Umstellen der Formel, die
unterschiedlichen Feldstärken der Felder berechnen.
(1)
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NR.:
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(2)
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Elektronenablenkung ohne Einfluss eines geladenem Kunststoffstab:
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Uanode in
Volt
Ucondesator in
Volt
this position!
yxMesswerte Messwerte elektrische
Feldstärke in Vm
in cm
in cm
2000
500
1,9
11,8
10916,40
2000
600
2,2
11,5
13308,13
2000
700
2,5
11,25
15802,47
2000
800
2,5
10,7
17468,77
2000
900
2,5
10,2
19223,38
2000
1000
2,5
9,6
21701,39
2000
1100
2,5
9,2
23629,49
2000
1200
2,5
8,7
26423,57
2000
1300
2,5
8,3
29031,79
2000
1400
2,5
7,9
32046,15
2000
1500
2,5
7,4
36523,01
2000
1600
2,5
7,2
38580,25
2000
1700
2,5
7
40816,33
2000
1800
2,5
6,8
43252,60
2000
1900
2,5
6,6
45913,68
2000
2000
2,5
6,2
52029,14
2000
2100
2,5
5,9
57454,75
2000
2200
2,5
5,7
61557,40
2000
2300
2,5
5,4
68587,11
2000
2400
2,5
5,1
76893,50
2000
2500
2,5
4,8
86805,56
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2000
2600
2,5
4,6
94517,96
2000
3000
2,5
4,2
113378,68
Daraus ergibt sich als Mittelwert für die elektrische Feldstärke: E = 44602,67 Vm
________________________________________________________________
Elektronenablenkung unter Einfluss eines geladenem Kunststoffstabes:
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Uanode in
Volt
Ucondensator in
Volt
elektrische
yxMesswerte Messwerte Feldstärke
in Vm
in cm
in cm
2000
700
2,5
9,2
23629,49
2000
1000
2,5
8,1
30483,16
2000
1500
2,5
6,6
45913,68
2000
2000
2,5
5,9
57454,75
2000
2500
2,5
5,25
72562,36
Als Mittelwert für die elektrische Feldstärke errechnet sich: E =46008,69 Vm
3.7 Fehlerbetrachtung
Der größte Fehler in diesem Experiment, liegt beim Ablesen der Koordinaten im
Koordinationssystem. Durch die Glasscheibe und durch verschiedene Blickwinkel, ist dort die
Abweichung ab größten. Dennoch sollte man unterscheiden zwischen der x- und y-Ablenkung.
Da das Koordinatensystem in y-Richtung lediglich bis zu 2.5cm gekrümmt werden konnte, ehe
der Elektronenstrahl das Sichtfeld verließ, wirkt sich hier der Fehler nicht zu extrem aus.
Allerdings können die x-Werte durch Ablesfehler, stark vom theoretischen errechneten Wert
abweichen. Ich habe das einmal durchgerechnet und festgestellt, dass Ich eine extreme
Abweichung von bei den mir gemessenen x-Werten bei der Elektronenablenkung ohne
Kunststoffstab habe. Der Fehler liegt bei etwa 10% liegt.
Bei der Elektronenablenkung mit Kunststoffstab ist der Fehler ebenfalls bei etwa 10%.
Durch diesen enormen Fehler, ist natürlich auch die elektrische Feldstärke nicht exakt zu
bestimmen. Der Fehler pflanzt sich weiter fort und liegt bei etwa 38 % (ohne Kunststoffstab)
und bei 25% in der Endauswertung (mit Kunststoffstab). (siehe Anlage S.32)
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Die anderen Fehler, die beispielsweise beim Ablesen der Beschleunigungsspannung auftreten,
habe ich in meine Rechnung mit den theoretischen Werten nicht mit einbezogen, da dieser
Fehler, durch das Austauschen der Voltmeter, insgesamt nicht schwer ins Gewicht fällt.
3.8 Fazit
Trotz dieses enormen Fehlers lässt sich dennoch sagen, dass die elektrische Feldstärke in dem
Aufbau mit Kunststoffstab größer ist als in dem ohne Kunststoffstab.
4. Schluss
Zu Beginn meiner Facharbeit, hatte ich durch das sehr allgemein gestellte Thema zunächst
Probleme mich zu einem speziellen Aspekt zu äußern. Doch, nachdem wir uns in der Gruppe
einigt hatten, welche Schwerpunkte in Frage kommen, war ich mir relativ schnell sicher, dass
es die Bewegung der Elektronen im elektrischen Feld sein muss.
Nach der ausgiebigen Literatursuche, ging es dann daran einen geeigneten Versuch zu finden.
Dies stellte sich schwieriger heraus als erwartet, da ich an die Möglichkeiten unserer
Physiksammlung gebunden war. Schließlich ließ sich dann doch noch ein angebrachter Versuch
finden.
Anfangs sind jegliche Unternehmen, das Experiment erfolgreich durchzuführen gescheitert,
was auf das vermutlich fehlende technische Verständnis zurück zu führen ist. Durch mehrere
Anläufe habe ich Erfahrungen gesammelt und mir während der Zeit technische Kenntnisse
angeeignet. Demzufolge konnte ich die Experimente erfolgreich abschließen und gute
Messwerte erhalten. Leider konnte ich, trotz etlicher Versuche Fotos von meinem Experiment
zu machen, kein scharfes Bild erhalten.
Teilweise war die richtige Herleitung der mathematischen Formeln sehr schwerfällig, da diese
mathematische Kenntnisse voraussetzte, die wir in der Schulmathematik nicht behandelt haben.
Rückblickend erscheinen mir die anfänglichen Probleme als nicht nachteilig, da ich mich
dadurch tief greifend mit der Thematik auseinandergesetzt habe und mir somit die fehlenden
Kenntnisse angeeignet habe. Nach dieser Phase der Ergänzung meiner Kenntnisse konnte ich
mich mit der Thematik eigenständig auseinandersetzen und sie erfolgreich erklären und
abschließen.
5. Literaturverzeichnis
Dieses Literaturverzeichnis, führt alle Artikel, Bücher und Internetseiten auf, die für die
wissenschaftspropädeutische Arbeit verwendet worden sind.
[1] Studienbücher Physik, Wolfgang Ruth, Herausgegeben von Friedrich Bergmann und Heinz
Schröder, Freie Elektronen und Ionen, Diesterweg Salle Sauerländer 5158, 1975
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[2] Einführung in die Elektronenphysik, Dipl.-Ing- J.G.R. van Dijck, 1966, Philips Technische
Bibliothek
[3] Wilfried Kuhn, Physik Band 2 12/13, Westermann 1998, ISBN 3-14-15 2132-8
[4] Physik, Jay Orear, Band 1 & 2, Carl Hanser Verlag München Wien, 1982, ISBN 3-446-179763
[5] Metzler Physik, Joachim Grehn – Joachim Krause, Metzler, 3. Auflage 2004, ISBN 3-50710700-7
[6] Microsoft® Encarta® Enzyklopädie PLUS 2000, Artikel-Nr. X04-88883
_____________________________________________________________________
[7] http://ac16.unipaderborn.de/lehrveranstaltungen/_aac/vorles/skript/kap_2/kap2_3/elektron.html
[8] http://www.mathe-schule.de/download/pdf/Physik/Braunsche_Roehre.pdf
[9] http://www.techfak.uni-kiel.de/matwis/amat/mw2_ge/kap_2/backbone/r2_4_2.html
[10] http://www.desy.de/html/forschung/teilchenbeschleuniger.html
[11] http://www.ekkehard-friebe.de/MASSE.HTM
[12] http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_relat/exp_relat_01.html
[13] http://www.uni-stuttgart.de/ilr/dateien/eet/vorl/vorlesung_eet_kapitel1.pdf
[14] http://diskussion.quantenwelt.de/topic-183.html
[15] http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_2/braun_roehre.htm
[16] http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/versuche/07braunroehre/querfeld.htm
[17] http://de.wikipedia.org/wiki/
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[18] http://www.fkg-wuerzburg.de/schule/faecher/physik/lk/referate/r12/refoszi.php
[19] http://www.elsenbruch.info/ph12_ablenkung_e-feld.htm
[20] http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk3b-2004-2005/node9.html
[21] http://www.krref.krefeld.schulen.net/referate/physik/r0282t00.htm
[22] http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/grundlagen/ladung.php
[23] http://i115srv.vu-wien.ac.at/physik/ws95/w95e0dir/w95e2000.htm
[24] http://tmafia.de/index.php?showtopic=173
[25] http://www.faventia.de/lexikon/objekt/Elektronenr%F6hre/
[26] http://www.dieter-heidorn.de/Physik/VS/StrukturMaterie/K08_Elektronen/K08_Elektronen.html
[27] http://www3.tu-ilmenau.de/fakmb/fileadmin/template/fglt/Download/Praktikum/Farbmon.pdf
[28] http://www.enas.de/braunsche.pdf
[29] http://www.hanno-rein.de/download/Praktikum-EF.pdf
[30] http://www.niewisch.de/fachtexte/download/rundfunkuebertragung.pdf
[31] http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/versuche/
[32] http://www.kfz-tech.de/Oszilloskop1.htm
[33] http://www.unister.de/Unister/wissen/sf_lexikon/ausgabe_stichwort27585_354.html
[34] http://www.physikon.de/physikon.cgi?suchstring=Das+elektrische+Feld+&s=schnellsuche
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file:///D|/Refs/_To%20Do/13_01_06/Tag%201/Facharbeit_Christian_Aselmann.html
[35] http://www.schulmodell.de/physik/Alltagsphysik/vakuum/vakuum.html
[36] http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_2/vergl_eb.htm
[37] http://www.physik.uni-regensburg.de/infra/vorlvorb/VorlVorb/Versuche/VK_21_4_4_K.htm
[38] http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/ladung/was_ladung.htm
[39] http://pen.physik.uni-kl.de/medien/oscillo/html/wehnelt.html
[40] http://www.physikpraktika.uni-hd.de/versuche/Biotech_alle_2.pdf
[41] http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/roentgenstrahlung.html
[42] http://www.fvss.de/facharbeiten/fernsehtechnik/
[43] http://www.computerbase.de/lexikon/R%C3%B6hre_(Elektronik)
[44] http://www.necmitsubishi.com/coremedia/generator/Internet/Subsidiaries/Headquarter/Content/
Knowledge/BGArticle/DesignConstructionCRG,realm=Knowledge__BGArticle__Details,
spec=x__de__de
[45] http://www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik/4119 [22]
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Hiermit versichere ich, dass ich die Arbeit selbstständig angefertigt, keine andren als die
angegebenen Hilfsmittel benutzt und die Stellen der Facharbeit die im Wortlaut oder im
wesentlichen Inhalt aus anderen Werken entnommen wurden, mit genauer Quellenangabe
kenntlich gemacht habe.
Verwendete Informationen aus dem Internet sind dem Lehrer vollständig im Ausdruck zur
Verfügung gestellt worden.
__________________________
(Ort, Datum)
Christian Aselmann
____________________________
(Unterschrift)
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Hiermit erkläre ich, dass ich damit einverstanden bin, wenn die von mir verfasste Facharbeit
der schulinternen Öffentlichkeit zugänglich gemacht wird.
_________________________
(Ort, Datum)
Christian Aselmann
____________________________ (Unterschrift)
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Anhang
Dieser Anhang dient dazu, weiterführende Informationen zu liefern. Die Angaben
sind jeweils mit Fußnoten versehen, in denen über die Quelle Auskunft gegeben
wird. Sollten Rechtschreibfehler zu finden, so muss dieser Umstand entschuldigt
werden, da die Seiten, bis auf die Biographie von Karl Ferdinand Braun und die
Tabelle der theoretischen Messwerte, unverändert übernommen worden sind.
Inhaltsverzeichnis
1. Biographie von Karl Ferdinand Braun
2. Geschichte der Elektronenröhren
3. Funktionsweise einer Röhrentriode
4. Tabelle zur Austrittsenergie
5. Weitere Praktische Anwendungen von
Elektronenröhren
5.1 Teilchenbeschleuniger
23
24
25-26
27
28-31
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6. Tabelle der theoretischen Messwerte
32-33
1. Biografie von Karl Ferdinand Braun
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Der deutsche Physiker und Nobelpreisträger Karl Ferdinand Braun wurde am 6. Juni 1850 als
Sohn einer Justizbeamtenfamilie in Fulda geboren. Karl Ferdinand hatte als vierter Junge von
insgesamt sieben Kindern die protestantische Religion seines Vater anzunehmen. In der Zeit
von 1859 und 1868 besucht Karl Ferdinand das Gymnasium. Anschließend studierte er,
zunächst in Marburg, wo er sich seinen Brüdern Adolf und Phillip anschloss, später dann in
Berlin, wo er am 23. März 1872 sein Diplom in Physik erhielt. Zwischen 1873 und 1876 war er
Gymnasiallehrer am Thomas-Gymnasium in Leipzig. Während dieser Zeit entdeckte er den
Gleichrichtereffekt, der später die Grundlage in der Halbleitertechnik bilden sollte. Im Jahre
1877 wurde Braun dann zum außerordentlichen Professor an der Universität Marburg ernannt.
Nachdem er 1880 nach Straßburg gegangen war, erhielt er dort 1883 die ordentliche Professur
für Physik. Anschließend lehrte er als Professor an der Universität in Karlsruhe (1883-1885)
und Tübingen (1885-1895), am 23. Mai 1895, seine Frau Amalie Bühler heiratete und nach
Straßburg zurückkehrte.
Braun widmete den größten Teil seiner wissenschaftlichen Arbeit theoretischen,
experimentellen und technischen Forschungen dem Bereich der elektrischen Phänomenen.
Seine wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Zeit sind vor allem seine Beiträge zu
Deformationsströmen (1888), zur Hochfrequenzphysik (ab 1900) und zur Gleichartigkeit von
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Licht- und elektromagnetischen Wellen (1903-1905). Berühmteste Erfindung Brauns ist aber
die Kathodenstrahlröhre, die er 1897 in Karlsruhe entdeckte und später auch Braunsche Röhre
genannt wird. Sie ist bis heute die Grundlage von Oszilloskopen und Fernsehgeräten. Im Jahre
1909 bekam Braun gemeinsam mit dem Italiener Guglielmo Marconi den Nobelpreis für seinen
Beitrag zur Entwicklung der drahtlosen Telegraphie.
Karl Ferdinand Braun starb am 20. April 1918 als Zivilinternierter in New York.[23]
2. Geschichte der Elektronenröhren
1869
Hittorf
magnet. Ablenkbarkeit
von Elektronen Kathodenstrahlen
1880/83
Edison
Glühemission
1884
Edison
Patent auf Diode als
Spannungsgleichrichter
1882
Goldstein
Kathodenstrahlen
1892
Lenard
Steuerbarkeit des
Elektronenstroms
1901
Richardson
theoret.
Untersuchungen der
Glühemission
1903
Brown
Maschengitter zur
Steuerung der
Anfangsgeschw. Der
Elektronen
1904
Fleming
Patent auf Diode bzw.
Zweipolröhre
1904
Wehnelt
Patent auf Ventilwirkung
1906
von Lieben
Patent auf
Kathodenstrahl-Relais
1906/07
de Forest
Patent auf Audion-Triode
1910
Lieben, Reiß, Strauß
Dichtegesteuerte
Verstärkerröhre
1913
Langmuir
Raumladungsgitter,
Doppelgitterröhre.
Patent auf
hochevakuierte Röhren
1915
Schottky
Schirmgitter-Triode
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1919
Barkhausen, Schottky
Röhrengleichung
Röhrentheorie
1923
Loewe
Mehrfachröhre
Jobst, Tellegen
Bremsgitter-Pentode
1926
vgl. http://www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik/4119
Zugriff auf Seite verweigert, habe die Angaben aus meinem Ausdruck vom 19.02.2005 reproduziert.
3. Funktionsweise einer Röhrentriode
Wenn man bei einer Röhrendiode zwischen Glühwendel und Auffangblech ein Drahtgeflecht, in
der Röhrenterminologie Gitter genannt, einfügt, erhält man eine Röhrentriode, wie sie in Bild 2
dargestellt ist.
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Bild 2: Prinzipieller Aufbau einer Röhrentriode
Sie funktioniert bei mit der Glühwendel leitend verbundenem und damit elektrisch gesehen
neutralem Gitter genauso wie eine Röhrendiode. Bei offenem Anschluss lädt sich das Gitter
übrigens aufgrund der von der Katode ausgesandten Elektronen negativ auf und behindert
dann den Stromfluss zur Anode. Man nutzt die Triode aber nicht zum Gleichrichten von
Wechselspannungen, sondern betreibt sie ausschließlich in Durchlassrichtung, d.h. Pluspol an
Anode, mit einer äußeren Betriebsspannung von üblicherweise einigen hundert Volt zwischen
Katode (Glühwendel) und Anode (Auffangblech). Legt man nun an das Gitter eine im Vergleich
zur Glühwendel negative Spannung an, wird mit zunehmend negativer werdender Spannung
der Strom durch die Röhre immer kleiner, bis der Stromfluss aufhört. Denn genauso, wie
Elektronen von einem positiven Potential (ungleiche Ladungen ziehen sich an) angezogen
werden, werden sie von einem negativen Potential abgestoßen (gleiche Ladungen stoßen sich
ab).
Hierfür genügen schon wenige Volt. Bei einer Röhrentriode kann man mit einer geringen
Spannungsänderung am Gitter eine relativ große Stromänderung durch die Röhre bewirken.
Die Röhrentriode wirkt daher als Verstärker. Sie war zusammen mit den nachfolgenden
Röhrentypen vor der Erfindung der
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Transistoren die einzige Möglichkeit der Signalverstärkung. Das Bauelement Elektronenröhre
hat jedoch aus elektronischer Sicht gegenüber Transistoren noch nicht einmal einen einzigen
Vorteil sondern ausschließlich die nachfolgend aufgelisteten Nachteile, weshalb es sehr schnell
von Transistoren verdrängt wurde.
●
●
●
●
●
●
●
Heizung erforderlich
Betrieb erst nach Warmlauf möglich (Aufheizphase der Katode)
Röhren verschleißen und müssen ausgetauscht werden
Erschütterungsempfindlichkeit
Hohe Verlustleistung
Kennlinienverlauf deutlich schlechter als bei Transistoren
Die Kennlinien ändern sich über die Lebensdauer
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●
●
●
●
●
Hochspannung zum Betrieb erforderlich
Leistungsverstärker benötigen Anpasstransformator im Signalpfad mit all' seinen
Nachteilen
Großer Platzbedarf
Im Vergleich zu Transistoren extrem hoher Preis
Durch hohen Preis einfache Schaltungstechnik (wenige aktive Bauelemente)
Lediglich als Gitarrenverstärker haben Röhrenverstärker eine gewisse Berechtigung, weil man
hier die röhrentypischen Verzerrungen bis zum Exzess ausnutzt, um den gewünschten
verzerrten Klang zu erzeugen. Diese Verzerrungen kann man jedoch mindestens genauso gut
auch mit wesentlich weniger Aufwand durch Verwendung von Halbleitern (Germaniumdioden,
Feldeffekttransistoren etc. oder digital über beliebige definierbare Kennlinien) erzeugen, was in
den USA schon lange praktiziert wird. Vor allem in Europa verwendet man, aus welchen
Gründen auch immer, hierfür noch gerne Röhrenverstärker. Den Röhrenverstärker XY, den
man sich vielleicht nicht leisten kann, kann man damit natürlich nicht 100% genau imitieren,
aber ein Marshall klingt ja auch nicht genau wie ein Mesa Boogie, Soltano oder Vox. Weich
begrenzende Schaltungen mit Halbleitern sollte man daher keineswegs als billige
Röhrenersatzschaltung des Verstärkers XY sondern als Erweiterung der Klangpalette mit
eigenständigem Klang ansehen.[24]
4. Tabelle zur Austrittsenergie
Stoff
WA in eV
Stoff
WA in eV
Casesium
1,94
Zink
4,27
Kalium
2,25
Kupfer
4,48
Barium
2,52
Wolfram
4,53
Silicium
3,59
Germanium
4,62
Blei
4,04
Silber
4,70
Aluminium
4,20
Platin
5,36
Austrittsenergien verschiedener Stoffe [25]
________________________________________________________________
5. Weitere Praktische Anwendungen von Elektronenröhren
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5.1 Teilchenbeschleuniger
1. Was ist ein Teilchenbeschleuniger?
Teilchenbeschleuniger (Akzelerator) ist eine Sammelbezeichnungen für Geräte und Anlagen zur
Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen (z.B. Elektronen, Protonen, ihre Antiteilchen und Ionen) auf sehr hohe Energien mit Hilfe eines elektrischen Feldes.
Um die innerste Struktur der Materie zu untersuchen, werden Teilchen zweier entgegenlaufender Strahle miteinander zur Kollision gebracht (engl. colliding-beam-experiments). Da bei
höheren Energien die Strukturen besser aufgelöst werden können, ist man bestrebt, möglichst
hohe Teilchenenergien zu erzeugen.
Die Energie wird den Teilchen beim Durchfliegen eines Beschleunigers zugeführt.
Man unterscheidet zwischen verschiedenen Beschleunigertypen.
- Linearbeschleuniger (LINAC)
Linearbeschleuniger sind Anlagen zur Beschleunigung von elektrisch geladenen,
atomaren Teilchen auf geradlinigen Bahnen durch den Einsatz von Wechselspannung. Die
Teilchen passieren beim Durchgang durch den Beschleuniger eine Reihe röhrenförmig
gebauter Elektroden. Die Frequenz der Wechselspannung wird so eingestellt, dass ein Teilchen
immer dann nach vorn beschleunigt wird, wenn es gerade die Lücke zwischen zwei Elektroden
passiert. LINAC’s wurden erstmals ende der zwanziger Jahre gebaut (WideroeLinearbeschleuniger, 1928). Der mit 3,2 km Länge derzeit größte LINAC (SLAC – Stanford
Linear Accelerator) steht and der Stanford University in Kalifornien.
Bei der Weiterentwicklung der Linearbeschleuniger sollten Teilchen auf immer größere
Energien beschleunigt werden. Um dies zu erreichen, wurden die Beschleunigungsstrecken
immer länger. Schließlich wurden die LINAC´s zu groß. Man kam daher auf die Idee, die zu
beschleunigenden Teilchen auf eine Kreisbahn zu lenken, um so die verwendete
Beschleunigungsstrecke immer wieder durchlaufen zu können. Bei den so genannten
Ringbeschleunigern unterscheidet man wieder zwischen verschiedenen Typen.
- Zyklotron
Ernest Orlando Lawrence schlug das Prinzip des Kreisbeschleunigers erstmals 1930 vor. Ende
1930 baute er das erste Zyklotron. Im Jahr 1939 erhielt er den Physiknobelpreis für seine
Entwicklung.
Das Zyklotron besteht aus zwei flachen, evakuierten D-förmigen Elektroden (Duanten),
zwischen denen eine hochfrequente Wechselspannung konstanter Frequenz anliegt. Durch ein
starkes homogenes Magnetfeld, das senkrecht zur Flugbahn der Teilchen steht, werden die im
Zentrum erzeugten Teilchen auf Kreisbahnen gezwungen (Lorentz-Kraft). Beim Übergang von
einem Dunanten in den anderen erfahren die Teilchen durch das elektrische Wechselfeld eine
Beschleunigung. Da bei höheren Geschwindigkeiten auch der Bahnradius größer wird bleibt die
Zeit zwischen den Übergängen immer gleich, wodurch man eine
Wechselspannung konstanter Frequenz anlegen kann.
In modernen Zyklotronen erfolgt bei einem Umlauf eine mehrmalige Beschleunigung.
Das derzeit Leistungsfähigste Zyklotron ging 1988 an der Universität von Michigan (USA) in
Betrieb.
Zyklotron Rennbahnmikrotron
- Mikrotron
Das Mikrotron ist ein Teilchenbeschleuniger für Elektronen, der nach dem Zyklotronprinzip
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arbeitet.
Beim klassischem Mikrotron bewegen sich die Elektronen in einer Beschleunigungskammer
zwischen den Polen eines konstanten Magnetfeldes auf Kreisbahnen, die sich in einem Punkt
Tangential berühren und in dem sie durch das starke Feld eines Hohlraumresonators
beschleunigt werden. Diese Mikrotrone arbeiten nur im Impulsbetrieb und die Maximalenergie
ist auf rund 30 MeV begrenzt.
Energien bis zu 1GeV werden im Rennbahnmikrotron erreicht. Bei ihm sind die Magneten in
zwei je um 180° ablenkende Hälften zerlegt und auseinander gezogen. In dem Zwischenraum
befindet sich ein kleiner Hochfrequenz -Linearbeschleuniger mit fokussierenden Linsen an
beiden Enden.
klassisches Mikrotron Betatron
- Betatron
Der Aufbau des Betatrons ist dem des Zyklotrons ähnlich. Zwei Dipolmagnete erzeugen ein
Magnetfeld. In diesem Magnetfeld befindet sich die Elektronenquelle. Das veränderliche
Magnetfeld erzeugt in Richtung des umlaufenden Elektronenstrahls ein elektrisches Feld.
Dieses elektrische Feld beschleunigt die Elektronen. Im Prinzip handelt es sich um eine Art
Transformator, bei dem der Elektronenstrahl die "Sekundärwindung" darstellt. Um den Strahl
auf einer Kreisbahn zu halten, muss das Magnetfeld einen bestimmten radialen Verlauf haben.
Dieser Verlauf wird durch besondere Formgebung der Pole erreicht und bewirkt eine
Strahlfokussierung um die ideale Bahn. Nach Erreichen der Endenergie werden die Elektronen
durch elektrische oder magnetische Felder aus dem Betatron gelenkt.
Das erste Betatron wurde 1940 von Donald William Kerst an der Universität von Illinois gebaut.
- Synchrotron
Die Experimente zur Untersuchung von Teilchen und ihren Wechselwirkungen benötigten Mitte
der 40er Jahre Teilchenenergien, die mit den Zyklotron bzw. dem Betatron nicht mehr zu
erreichen waren. Aus diesem Grund wurde das Synchrotron entwickelt, dessen Prinzip 1945
fast gleichzeitig von Edwin Mattison McMillan an der Universität von Kalifornien und von
Vladimir Iosifovich Veksler in der Sowjetunion beschrieben wurde.
Der Bahndurchmesser der beschleunigten Teilchen wurde für die geforderten Teilchenenergien
so groß, dass ein einzelner Magnet nicht mehr ausreichte, um das Ablenkfeld zu erzeugen.
Man verwendete daher viele kompakte Ablenkmagnete, die in einer kreisförmigen Anordnung
aufgestellt sind und den Strahl auf einer idealen, geschlossenen Bahn halten. Zusätzlich wird
der Teilchenstrahl von Fokussierungsmagneten gebündelt. Zwischen den Magneten bleibt
genügend Platz für eine oder mehrere Beschleunigungsstrecken. Um die Teilchen auf einer
Kreisbahn zu halten wird das Magnetfeld der Ablenkmagnete synchron (Synchrotron) zur
Energiezunahme der Teilchen erhöht.
Der Teilchenstrahl wird Vorbeschleunigt und kann dann bei minimalem Magnetfeld in
das Synchrotron mit Hilfe eines Injektionsmagneten injiziert werden. Ist die Endenergie
erreicht, können die Teilchen durch einen sehr schnell gepulsten Ejektionsmagneten
hinausgelenkt werden.
Synchrotron Speicherringtunnel LEP/LHC
- Speicherring
Der Zweck eines Speicherings ist es, einen möglichst intensiven Teilchenstrahl durch das
ständige Hinzufügen neuer Teilchen zu den bereits im Speicherring vorhandenen zu erzeugen
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und den Strahl ohne nennenswerte Verluste viele Stunden umlaufen zu lassen, also die
Teilchen auf einem bestimmten Energieniveau, bzw. mit einer Geschwindigkeit zu Speichern.
Deshalb ist ein Speicherring kein Beschleuniger im eigentlichen Sinn. Der Speicherring besteht
aus den gleichen Komponenten wie das Synchrotron, d.h. aus Ablenkmagneten,
Fokussierungsmagneten und Beschleunigungsstrecken. Es gibt zwei Injektionspunkte, an
denen jeweils ein Teilchenstrahl (Elektronen, Protonen, deren Antiteilchen Positronen und
Antiprotonrn) in den Speicherring geleitet werden. Im Einzelring laufen Elektronen und
Positronen im gleichen Speicherring, aber in Entgegengesetzter Richtung um. Vor dem
gewünschten Kollisionspunkt sind spezielle Fokussierungsmagnete installiert, welche die
Trefferwahrscheinlichkeit erhöhen. Um den Kollisionspunkt ist der Großdetektor gebaut, der
verschiedenste Daten der entstandenen Teilchen aufnimmt.
Bei dem so genannten Collider befinden sich die Teilchenstrahlen auf zwei verschiedenen
Ringen, die sich an einem Kreuzungspunkt kreuzen. Die Teilchen laufen wieder in
Entgegengesetzter Richtung um und werden mithilfe der Fokussierungsmagneten zum
erwünschten Zeitpunkt zur Kollision gebracht. Mit einem Detektor werden dann die
entstehenden Teilchen identifiziert. Die bei einem Stoß der Teilchen (Energien E1 und E2)
umgesetzte Energie ist mit 1 2 4* E *E wesentlich größer als beim Beschuss ruhender
Targetteilchen ( 0 1 2 * E * E ) der Energie E0.
2. Anwendungsgebiete
- in der Medizin
Strahlentherapie:
Im engeren Sinne versteht man darunter die Anwendung ionisierender hochenergetischer
Strahlen (Gammastrahlung, Röntgenbremsstrahlung, Elektronen, Neutronen, Protonen) zu
Heilzwecken, meist bei bösartigen Tumorerkrankungen. Die dazu erforderliche Strahlung wird
in Beschleunigern erzeugt. Diese Behandlungsmethode ist vollkommen Schmerzfrei und erfolgt
ohne Narkose. Im Juni 1998 wurde der erste Augentumor in Deutschland mit einem Zyklotron
nach dieser Methode bei einem Patienten erfolgreich therapiert.
- in der Physik
Kosmologie:
In der Kosmologie werden Teilchenbeschleuniger vor allem zur Untersuchung des Urknalls
Verwendet.
Teilchenphysik:
Die Teilchenphysik versucht mit neuen Techniken, die bekannten Teilchen zu ordnen
(Standardmodell) und Voraussagen zu neuen Teilchen zu machen. Dazu bedient man sich
großer Teilchenbeschleuniger, in denen verschiedene Teilchen aufeinander geschossen werden
(zum Beispiel Elektronen auf Positronen). Anhand der entstehenden Reaktionsprodukte, deren
Verteilung in den Nachweisdetektoren und der Energie- und Impulsbilanz lassen sich neue und
bekannte Teilchen identifizieren. Das Standardmodell ist vergleichbar mit dem Periodensystem
der Elemente in der Chemie. Es beinhaltet 12 Teilchen (und 12 Antiteilchen), welche in
Leptonen und Quarks unterteilt werden. Synchrotronstrahlung:
Als Synchrotron-Strahlung bezeichnet man die elektromagnetischen Wellen, die in
Vorwärtsrichtung austreten, wenn leichte, geladene, relativistische Teilchen (Elektronen oder
Positronen) durch ein Magnetfeld tangential zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden.
- in der Chemie
Massenspektrometrie:
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Die Massenspektrometrie (Massenspektroskopie, Massenspektrographie) ist ein
Analysenverfahren zur Bestimmung von chemischen Elementen, Molekülmassen und
Massenfragmenten[26]
6.Tabelle der theoretischen Messwerte
X-Koordinate
aus
elektrische
Feldstärke
enthält an dieser
mit
Originaldokument
elektrische
Feldstärke
mit
Originaldokument
Stelle eine Grafik! Originaldokument enthält an dieser
enthält an dieser Stelle eine Grafik!
Original
document
contains a
graphic at this
position!
Stelle eine Grafik! Original
Original
document
document
contains a
contains a
graphic at this
graphic at this
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yxposition!
Uanode Ucondesator Messwerte Messwerte
in cm
in Vm
in Vm
in Volt in Volt
in cm
in cm
10916,40
2000
500
1,9
11,8
12,3288
13308,13
2000
600
2,2
11,5
12,1106
15802,47
2000
700
2,5
11,25
11,9523
17468,77
2000
800
2,5
10,7
11,1803
19223,38
2000
900
2,5
10,2
10,5409
21701,39
2000
1000
2,5
9,6
10,0000
23629,49
2000
1100
2,5
9,2
9,5346
26423,57
2000
1200
2,5
8,7
9,1287
29031,79
2000
1300
2,5
8,3
8,7706
32046,15
2000
1400
2,5
7,9
8,4515
36523,01
2000
1500
2,5
7,4
8,1650
38580,25
2000
1600
2,5
7,2
7,9057
40816,33
2000
1700
2,5
7
7,6696
43252,60
2000
1800
2,5
6,8
7,4536
file:///D|/Refs/_To%20Do/13_01_06/Tag%201/Facharbeit_Christian_Aselmann.html (37 von 41)03.03.2006 09:41:43
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
24000
26000
28000
30000
32000
34000
36000
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2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
Mittelwerte
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
3000
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
6,6
6,2
5,9
5,7
5,4
5,1
4,8
4,6
4,2
7,65
7,2548
7,0711
6,9007
6,7420
6,5938
6,4550
6,3246
6,2017
5,7735
8,46
45913,68
52029,14
57454,75
61557,40
68587,11
76893,50
86805,56
94517,96
113378,68
38000
40000
42000
44000
46000
48000
50000
52000
60000
44602,67
32260,87
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Abweichung
Abweichung
Messwerte ohne Einfluss des negativ geladenen Kunststoffstabes
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X-Koordinate
aus
elektrische
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elektrische
Feldstärke
Originaldokument
Originaldokument
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yUanode Ucondensator Messwerte
in Volt in Volt
in cm
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xMesswerte
in cm
in cm
position!
in Vm
in Vm
2000
700
2,5
9,2
10
23629,49
20000,0000
2000
1000
2,5
8,1
8,77
30483,16
26003,4403
2000
1500
2,5
6,6
7,45
45913,68
36034,4129
2000
2000
2,5
5,9
6,59
57454,75
46053,1315
2000
2500
2,5
5,25
5,98
72562,36
55927,7860
7,01
7,758
Mittelwerte
46008,69 36803,7541
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Abweichung
Abweichung
Messwerte mit Einfluss des negativ geladenen Kunststoffstabes
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[1] Anhang S.1 Biographie von Karl Ferdinand Braun
[2] vgl. http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/11/ladung/was_ladung.htm
vgl. http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/grundlagen/ladung.php
vgl. Einführung in die Elektronenphysik S.155,
vgl. Physik Jay Orear Band 1 S.290f, Metzler Physik S.180
[3] vgl. Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S. 201
vgl. http://ww.elsenbruch.info/ph12_elektrisches_Feld.htm
vgl. Metzler, Physik, S. 184
vgl. http://i115srv.vu-wien.ac.at/physik/ws95/w95e0dir/w95e2000.htm
[4] 2.3.1 -> Herleitung
[5] vgl. Metzler, Physik, S.188
[6] benannt nach dem italienischen Physiker Alessandro VOLTA (1745-1826)
7
[7] vgl. Metzler, Physik, S. 188f
[8] vgl. Metzler, Physik S.190f
vgl. Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S. 205
[9] "Vakuumtechnik," Microsoft® Encarta® Enzyklopädie 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation
[9] vgl. "Vakuumtechnik," Microsoft® Encarta® Enzyklopädie 2000. © 1993-1999 Microsoft
Corporation
[10] vgl. Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S. 224
vgl. Metzler, Physik, S. 214
vgl. Physik, Freie Elektronen und Ionen, Wolfgang Ruth, S. 25ff
[11] Benannt nach dem deutschen Physiker Arthur Wehnelt (1871-1944)
[12] vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Wehneltzylinder
vgl. http://pen.physik.uni-kl.de/medien/oscillo/html/wehnelt.html
vgl. http://www.enas.de/braunsche.pdf
[13] vgl. Metzler, Physik S. 218
vgl. Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S. 226f
[14] vgl. http://www.unister.de/Uniser/wissen/sf_lexikon/ausgabe_stichwort27585_354.html
vgl. http://www.fkg-wuerzburg.de/schule/faecher/physik/lk/referate/r12/refoszi.php
[15] benannt nach dem deutschen Physiker und Nobelpreisträger Conrad Wilhelm Röntgen (1845-1923)
[16] Vgl. http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/roentgenstrahlung.html
[17] Ich werde auf den Bereich den diskreten Röntgenstrahlung nicht weiter eingehen, da es in den
Bereich der Atomphysik fällt.
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[18] vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Röntgenröhre
vgl. http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/roentgenstrahlung.html
vgl. http://www.computerbase.de/lexikon/Röhre_(Elektronik)
vgl. "Röntgenstrahlung," Microsoft® Encarta® Enzyklopädie 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation
[19] vgl. http://www.computer-tutorial.de/inout/monitor1.html
http://www.necmitsubishi.com/coremedia/generator/Internet/Subsidiaries/Headquarter/Content/
Knowledge/BGArticle/DesignConstructionCRG,realm=Knowledge__BGArticle__Details,
spec=x__de__de
[20] Physik, Wolfgang Ruth, Freie Elektronen und Ionen, S.35, Abb.2.1/8
[21] Kuhn, Physik, Band 2 12/13, S. 227, Abb. 227.1
[22] Erneuter Zugriff auf Seite verweigert, habe Ausdruck vom 19.02.2005 verwendet.
[23] vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Ferdinand_Braun
vgl. "Braun, Karl Ferdinand," Microsoft® Encarta® Enzyklopädie 2000. © 1993-1999 Microsoft
Corporation
[24] http://www.elektronikinfo.de/strom/roehren.htm
[25] Metzler, Physik, S.214, Abb.: 214.2
[26] vgl. Hinterberger, F.: Physik der Teilchenbeschleuniger
vgl. Wille, K.: Physik der Teilchenbeschleuniger und Synchrotronstrahlungsquellen
vgl. Brockhaus Multimedial
vgl. Microsoft Encarta
vgl. Http://www.desy.de/html/forschung/teilchenbeschleuniger.html
vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenbeschleuniger
vgl. http://www-aix.gsi.de/~wolle/TELEKOLLEG/KERN/kern.html
vgl. http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_besch/exp_besch_00.html
vgl. http://www.maxlab.lu.se/acc-phys/teach/mnx301/ 2003/Klaus%20Wille/Historie.pdf
vgl. http://www.weltderphysik.de/themen/bausteine/teilchen/uebersicht/expmethoden/beschleuniger/
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