26.08.2010 - bei heidingers.de

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 ⋅