Kreisbahn Schraubenbahn Das Fadenstrahlrohr

Das Fadenstrahlrohr
Aufbau:
2 Helmholzspulen an
den Seiten
des Fadenstrahlrohres,
deren
Magnetfeld
durch den
Spulenstrom
reguliert
werden kann.
Anwendung: Das Fadenstrahlrohr dient der e/m Bestimmung, da man das B-Feld
und die Spannung variieren kann und der Radius wird dann abgelesen.
Kreisbahn
Die Elektronen, die mit der Geschwindigkeit vs in
ein homogenes B-Feld senkrecht zu dessen
Feldlinien geschossen werden, durchlaufen eine
Kreisbahn für die gilt:
Lorenzkraft ist gleich Zentripetalkraft
|FL|= |FZ|
Die kinetische Energie ist e·U
Achtung: nichtrelativistischer Ansatz für die Geschw.!!
Schraubenbahn
Wenn die Elektronen mit der Geschwindigkeit v schräg in das B-Feld geschossen
werden, durchlaufen sie eine Schraubenbahn. Um den Radius oder den
Gangunterschied berechnen zu können muss man v in vsenkrecht und vparallel
zerlegen. Vs würde wie oben eine Kreisbahn hervorrufen, und vp zieht den Kreis
zu einer Schraubenbahn auseinander. (weitere Infos-> Buch Seite 44/5)
Aufgaben:
0) Wodurch wird der Elektronenstrahl sichtbar?
Die Elektronen bewegen sich senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld der
Flussdichte B.
1) Wie muss die technische Stromrichtung in den Feldspulen gewählt werden, damit sich
die Elektronen auf der eingezeichneten Bahn bewegen? Begründen Sie Ihre Antwort.
2) Erläutern Sie, welche Größen bei der Versuchsdurchführung gemessen werden
müssen. Leiten Sie die Beziehung
für die spezifische Ladung her.
3) Bei niedrigen Beschleunigungsspannungen U ergibt sich ein nahezu konstanter Wert
für e/m. Erklären Sie, warum e/m für hohe Spannungen von diesem Wert abweicht.
Berechnen Sie die Spannung, ab der eine Abweichung von 1 % auftritt.
(zur Kontrolle: U = 5kV)
Das Fadenstrahlrohr wird nun mit U = 200 V betrieben.
4) Bei welcher magnetischen Flussdichte beträgt der Durchmesser der Elektronenbahn
10,0 cm? Nennen Sie eine Möglichkeit, wie der Bahndurchmesser verkleinert werden
könnte. [zur Kontrolle: B = 0,954 mT]
Lösungen: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/musteraufgaben/02beweg_gel_teil/erdfeld/erdfeld_l.htm