Physik Protokoll – 01.02.2017 – Matthias Dragon Bestimmen der

Physik Protokoll – 01.02.2017 – Matthias Dragon
Bestimmen der Masse des Elektrons
Methode : Zentralkraft ( Kreisbewegung )
F = m · v²/r
Problem : Wie bringe ich Elektronen auf die Kreisbahn?
Lösung :
Die Lorentzkraft !
Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein magnetisches Feld auf eine bewegte
Ladung ausübt.
Sie steht immer orthogonal zur Bewegungsrichtung und zum Magnetfilm
Sie ist nach dem niederländischen Mathematiker und Physiker Hendrik
Antoon Lorentz benannt.
Die Linke Hand Regel!
Der Daumen zeigt die Richtung des Elektronenstroms (und zwar von nach +) an und stellt die Ursache dar. Der Zeigefinger gibt dann die
Richtung des magnetischen Feldes an. Und der Mittelfinger zeigt dann
in die Richtung der Kraft (ist also die Wirkung).
Der Betrag ist Fl = q * v * B
B = Magnetische Flussdichte
Dazu der Versuch mit dem Fadenstrahlrohr
Das Fadenstrahlrohr
Mit Hilfe des folgenden Versuches ist es möglich, die genaue Masse eines Elektrons zu
bestimmen. Um den Versuch durchzuführen wird zunächst ein Glaskolben evakuiert und
anschließend mit ein wenig Wasserstoffgas (H2) gefüllt. Des Weiteren wird eine
Elektronenkanone im Glaskolben installiert und mit einer Spannungsquelle verbunden.
Eine Elektronenkanone besteht aus einer Glüh-Kathode, aus der zunächst einfach nur
Elektronen austreten. Gegenüber der Kathode befindet sich eine Anode, die die
Elektronen anzieht. Die so beschleunigten Elektronen schießen nun durch ein Loch in der
Anode nach oben in den Glaskolben.
Rechts und links von dem Glaskolben werden nun 2 Helmholtzspulen angebracht und mit
der Spannungsquelle verbunden.
Der Versuch zur Bestimmung der Elektronenmasse basiert auf einem Elektronenstrahl. Er wird in einem
sogenannten Strahlerzeugungssystem erzeugt. Der Elektronenstrahl tritt auf Grund des
glühelektrischen Effekts aus der geheizten Glühkathode und wird dann im elektrischen
Feld beschleunigt. Dies geschieht, weil die Elektronen zur positiv geladenen Anode beschleunigt
werden (Anodenspannung Ua). Solange die Kraft des Feldes auf die Elektronen wirkt, bewegen sie sich
auf einer geraden Linie
Das Magnetfeld ist senkrecht zum Elektronenstrahl ausgerichtet.
Dadurch erfahren die Elektronen die Lorentzkraft , welche ebenfalls
senkrecht auf die Geschwindigkeit der Elektronen wirkt.
Diese Faktoren ergeben, dass der Elektronenstrahl auf eine Kreisbahn
abgelenkt wird.
Die Lorentzkraft wirkt in diesem Versuch als Zentripetalkraft (oder
Radialkraft – wirkt stets zum Kreismittelpunkt)