Anhang

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Anhang A
Fotos von Fallenaufbauten für makroskopische Teilchen
Abb. A.1. punktsymmetrische Paulfalle
von der Firma Leybold
Abb. A.2. lineare Paulfalle,
Schüleraufbauten
Abb. A.3. Murmel-Tuch-Versuch
Die Schüler/innen versuchen, die Murmel auf dem Tuch durch
rhythmische Bewegungen der Seiten zu stabilisieren.
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Experimenteller Gesamtaufbau
3.
1. Spannungsversorgung
U ~ : 1V - 20V
2. Transformator
Wdg.: 250/23000
2.
1.
3.
4.
5.
6.
Spannungsmessgerät
4. Punktsymmetrische
Paulfalle
5. Sammellinse, f = 5cm
6. Helium-Neon Laser
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Arbeitsblatt zur Erarbeitung des experimentellen Aufbaus
Schematische Darstellung der Paulfalle
Kappenelektroden
Ringelektrode
Seitenansicht
Vorderansicht
Experimenteller Aufbau
Linse
Laser
Transformator
Windungen:
Primäre Spule: 250
Sekundäre Spule:23000
Fragen:
a) Welche Kräfte treten in der Falle auf ? Welche Kraft ist für die Speicherung
eines Teilchens verantwortlich ?
b) Welche Merkmale müssen Teilchen besitzen, damit sie in so einer Falle
eingesperrt werden ?
c) Welche Aufgabe haben der Laser, die Linse, der Transformator ?
d) Welche Funktion übernimmt das Plexiglasgehäuse um die Falle ?
e) Welche Form der Spannung wird angelegt ?
f) Wie hoch ist die Spannung an den Elektroden der Falle (ungefähr) ?
g) Welche Elektroden der Falle liegen auf einem Potenzial ?
Arbeitsblatt zum elektrischen Feld in der Paulfalle
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Abgebildet ist der Schnitt durch eine Paulfalle. Oben und unten sind die
Kappenelektroden dargestellt, links und rechts die Schnitte durch die
Ringelektrode.
Aufgaben:
1) Stelle das elektrische Feld in der Paulfalle zu einem beliebigen Zeitpunkt mit
Hilfe von Feldlinien dar. Überlege dir dazu vorher, welche Elektroden auf
einem Potenzial liegen.
2) Beschreibe die Bewegung eines Teilchens in diesem Feld. Berücksichtige
dabei, dass Wechselspannung anliegt.
3) Gibt es in der Falle eine ausgezeichnete Stelle ?
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Arbeitsaufträge:
1.) Murmel- und Tuchversuch
Eine Person hält je zwei Ecken des Stoffes. Die Höhe aller vier Ecken muß gleich sein und
während des Versuchs konstant gehalten werden. Die Murmel soll durch Auf- und
Abbewegung der Seitenteile auf dem Stoff, möglichst in der Mitte, gehalten werden. Das geht
am besten, wenn zwei Personen je zwei gegenüberliegende Kanten des Tuches halten und
sich über einen Takt einigen. Der Stoff darf nicht zu locker gespannt sein. Man kann ihn ruhig
ein wenig dehnen, damit er an den Seiten rauf und runter geht.
Dokumentiere deine Beobachtungen unter Berücksichtigung folgender Fragestellungen:
Welche Punkte entscheiden darüber, ob die Kugel gehalten werden kann oder nicht ?
Gibt es einen Unterschied zwischen großer und kleiner Murmel ?
Versuche deine Dokumentation auch zu begründen.
2.) Experimentieren an der Paulfalle
Beachte:
Schaue nicht in den Laser. An dem Experiment liegt eine Hochspannung von ungefähr
2000 V. Bedenke dies beim Einbringen der Partikel.
Bringe die verschiedenen Materialien in die Falle ein und versuche sie zu speichern.
Variiere die Spannung ( bis max. 20 V) und beobachte die Auswirkungen auf die gefangenen
Partikel. Dokumentiere deine Beobachtungen und versuche sie zu begründen.
3.) Fragen zur Zusammenfassung und Auswertung
a) Betrachte nochmal das allgemeine Speicherprinzip der letzten Stunde:
Welche Speicherparameter können mit der Paulfalle und welche mit dem mechanischen
Modell des Stoffes und der Murmel verändert werden ?
b) Welche Eigenschaften der Teilchen entscheiden über eine erfolgreiche Speicherung ?
c) Kannst du aus deinen Beobachtungen einen Zusammenhang herleiten ?
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Physikklausur
Jahrgangsstufe 13
Name:
Aufgaben zur Paulfalle
1. Aufgabe:
a) Stellen sie in einer Skizze den ihnen bekannten experimentellen Aufbau zur Speicherung
makroskopischer Teilchen dar. (Beschriften sie ihre Skizze.)
b) Deuten sie in einer Skizze das sich ausbildende elektrische Feld an.
c) Beschreiben sie kurz das zugrundeliegende allgemeine Speicherprinzip und erläutern sie
davon ausgehend wie die Speicherung in der Falle erreicht wird.
2. Aufgabe:
Eine weitere mögliche Realisierung einer Paulfalle ist in der Abbildung unten gezeigt.
a) Vergleichen sie diesen Aufbau mit dem ihnen bekannten Aufbau aus Aufgabe 1. Stellen
sie dabei die Unterschiede dar, die sich bei der Speicherung eines beziehungsweise
mehrerer Teilchen ergeben.
b) Auch mit diesem Aufbau ist im Prinzip eine Bestimmung von Q/M möglich.
Zeichnen sie die dazu notwendigen Änderungen in die Abbildung unten ein.
c) Beschreiben sie, wie die Bestimmung von Q/M durchgeführt und ausgewertet wird.
U
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Zusammenfassungen der Schülerreferate
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Ionenkette gespeichert in einer lineare Ionenfalle
Quelle: [Jak00]
Manipulation von Ionen mit Hilfe von Laserpulsen
Quelle: [Uhr00]