Bewegung von Ladungsträgern im E- und B-Feld

E-Feld: Ladungsträger von ungleichnamigen Ladungen angezogen, von
gleichnamigen abgestoßen
B-Feld: Lorentzkraft – FL=FB ->
Bewegung von Ladungsträgern im E- und B-Feld
Braunsche Röhre (Kathodenstrahlröhre):
- im Inneren herrscht ein Vakuum
- besteht aus „Elektronenkanone“, Ablenksystem und Leuchtschirm
- Heizdraht mit Heizspannung ermöglicht glühelektrischen Effekt
- Elektronen lösen sich aus ihrem Verbund  Elektronenwolke entsteht
- Wehnelt-Zylinder (negativ geladen) umschließt die Elektronenwolke, bleiben
somit in der Wolke
- Elektronen werden von Lochanode angezogen (positiv geladen, „Gegenstück“
zum Wehnelt-Zylinder)  Die Spannung zwischen Zylinder und Lochanode ist die
Beschleunigungsspannung!
- Elektronen, welche durch das Loch der Lochanode durchschießen werden durch
die zwei Kondensatorplatten-Paare in x- und y-Richtung abgelenkt und justiert
- Prallen am Ende der Braunschen Röhre auf den Leuchtschirm (fluoreszierendes
Material)
- Aufprallort der Elektronen wird durch grün leuchtenden Punkt sichtbar
- Beobachtung/Ziel des Aufbaus: Parabelförmige Flugbahn der Elektronen,
Überlagerung von 2 Kräften. Gleichförmige Bewegung in x-Richtung x(t)=v*t und
gleichmäßig beschleunigte Bewegung in y-Richtung y(t)=-1/2*(e/m)*Ua
Wien-Filter (Geschwindigkeitsfilter):
- Elektronen werden beschleunigt („Elektronenkanone“)
- Magnetfeld und Elektrisches Feld entgegengesetzt, Elektronen bewegen sich
hindurch
- Hohe Geschwindigkeit der Elektronen sorgt für große Lorentzkraft (Kraft und
somit Bewegung in eine Richtung), niedrige Geschwindigkeit der Elektronen für
größeren Einfluss des E-Feldes (Bewegung in andere Richtung)
- Nur Ladungsträger mit bestimmter Geschwindigkeit bewegen sich gerade durch
die beiden Felder (Kräfteausgleich) und durch eine Lochblende hindurch
- Formel für Geschwindigkeit: v=E/B
- Anschließend in einem weiteren Magnetfeld, werden abgelenkt und treffen
nach Halbkreis auf eine Fotoplatte
- Radius lässt sich durch Abstand des Auftreffpunktes zum Loch bestimmen
- Ziel des Aufbaus: Massenbestimmung von Elektronen
- Formel für die Massenbestimmung: e/m=v/Br
Fadenstrahlröhre:
- Elektronenbeschleunigung wie in Braunscher Röhre aufgebaut
- Glaskugel mit Wasserstoff-Gas gefüllt, angeregtes Gas leuchtet
- Helmholtz-Spulen rechts und links von Kugel bilden Magnetfeld aus
- Elektronen werden durch Magnetfeld (Lorentzkraft) auf eine Kreisbahn
gezwungen
- Formel für Kreisbahn-Zusammenhang:
- Aufbau wird benutzt, um spezifische Ladung eines Elektrons zu bestimmten
- Nur bewegte Elektronen (Ladungsträger) erfahren die Lorentzkraft
- Umso mehr Bewegung (Geschwindigkeit), desto größer ist die Ablenkung und
enger der Radius
Hall Effekt
- Elektronen bewegen sich in einer Leiterschleife
- werden durch den Einfluss eines magnetischen Feldes abgelenkt
- die eine Seite der Leiterschleife wird positiv aufgeladen die andere negativ
Hall Sonde
- besteht aus dünnen Halbleiterplättchen
- die Elektronen werden so lange
abgelenkt bis die elektrische Kraft der
Elektronen gleich der Kraft des
Magnetfeldes ist
U=R*IB/d R= Hallkonstante