20071031 Bock Lorentzkraft Diode

Stundenprotokoll Physik LK
Fachlehrer: Herr Bastgen
31.10.2007
Protokollführer: Lucas Bock
Aus einem Glasrohr wird mit einer Evakuierungspumpe die Luft herausgesaugt und an die
beiden Ende eine hohe Spannung angelegt. An der linken Seite leuchtet das Rohr nur ein
kleines Stück, an der rechten Seite bildet es
einzelne Schichten. Beim Ausschalten der Pumpe
leuchtet das Glasrohr auf der gesamten Fläche,
lässt aber mit der Zeit an Leuchtkraft nach. Die
Elektronen werden so stark beschleunigt und
regen das Gas(Luft) an, dass es anfängt zu
leuchten
Wir haben außerdem gelernt, dass herkömmliche
Leuchtstoffröhren nur aus 3 oder 4 Farben
bestehen. Diese kann man zum Beispiel sehen,
wenn man eine CD an eine Röhre hält.
In einem weiteren aufgebauten Versuch zeigte und Herr Bastgen eine Röhrendiode und eine
Röhrentriode. Bei der Röhrendiode, sind ein Glühdraht und eine Auffangplatte zusammen in
einem Glaskolben. Wenn man den Draht nun sehr stark zum Glühen bringt und an der Platte
der Pluspol ist, lösen sich Elektronen aus
dem Draht aus und wandern zur Platte.
Bei umgekehrter Polung passiert nichts,
da die Elektronen sich nicht aus der
Platte lösen können.
Bei der Röhrentriode ist zwischen dem
Draht und der Platte noch ein Gitter.
Dieses Gitter lädt sich durch die
Elektronen negativ auf und behindert
somit den Stromfluss. Legt man an
diesem Gitter auch eine Spannung an, so
kann man den Stromfluss entweder
behindern oder ihn verstärken. Mit einer
geringen Spannung kann man die
Stromstärke stark verändern. Früher
wurden Röhrentrioden, wie heute Transistoren, als Verstärker benutzt.
Röhrendiode
Röhrentriode
Des Weiteren ging Herr Bastgen kurz auf die Funktionsweise eines Transistors ein und
zeichnete einen Transistor als Schalter an die Tafel. Hierbei verstärkt der Transistor die
Stromstärke, also ist I2 >>I1. Der Transistor ist hier Ersatz für die Triode.
Versuche zur Magnetischen Feldstärke B
Wir legen einen nicht magnetischen Aluminiumstab auf zwei Schienen, die an eine
Spannungsquelle angeschlossen sind. Dieses wird in das magnetische Feld eines
Hufeisenmagnetes gebracht. Sobald wir Strom durch den Aluminiumstab fließen lassen rollt
er in Richtung des Magnetes und erzeugt Funken. Beim Umpolen rollt der Stab in die
Entgegengesetzte Richtung.
In welche Richtung der Metallstab rollen wird, lässt sich anhand der rechten Handregel
feststellen. Dabei zeigt der Daumen die Stromrichtung von + nach - , der ausgestreckte
Zeigefinger zeigt die Magnetfeldrichtung vom Nord zum Südpol an und der um 90°
angewinkelte Mittelfinger gibt uns die Richtung der Kraft.
Lorentzkraft
  
F  I B
Die Kraft F ist das Kreuzprodukt aus der Stromrichtung I und der
Magnetfeldrichtung B. Sie wirkt senkrecht auf die Stromrichtung und auf
die Magnetfeldrichtung.




  
Also gilt auch a  b  c und dass a senkrecht zu b und a senkrecht zu c ist.

Um a zu berechnen brauchen wir noch den Winkel zwischen b und c. Im
Normalfall ist dieser 90°.
 
  
| a || b |  | c |  sin( )b , c )
In einem weiteren Versuch (siehe Bild oben) hängt eine
Leiterschleife, die an ein Kraftmesser befestigt ist in das
magnetische Feld einer Spule hinein. Wir lassen nun langsam
Strom durch die Leiterschleife laufen und erhöhen ihn
langsam. Um die Beziehung von der Stromstärke I zur Kraft
F, die auf die Leiterschleife wirkt zu ermitteln notieren wir
die Werte.
12
10
Kraft in mN
Kraft F in Stromstärke
mN
I in A
0,09
1
0,19
2
0,27
3
0,35
4
0,43
5
0,48
6
0,52
7
0,52
8
0,65
9
0,7
10
8
6
4
2
0
0
0,2
0,4
0,6
Stromstärke in A
Am Diagramm lesen wir ab, dass F proportional zur Stromstärke I ist. Herr Bastgen gab uns
außerdem bekannt, dass die Kraft auch proportional zur Leiterlänge s ist.
q
Daraus folgt  F  I  s   s  q  v
t
F  const  q  v Die fehlende Proportionalitätskonstante ist die magnetische Flussdiche B.
F
Also ist B 
qv
Dabei ist q die Ladung und v die Geschwindigkeit der Elektronen.
0,8