Wie funktioniert ein Massenspektrograph? Die folgende Skizze zeigt

Wie funktioniert ein Massenspektrograph? Die folgende Skizze zeigt den vereinfachten Aufbau eines (Bainbridge-­‐)Massenspektrographen: Im Wesentlichen besteht er aus drei Teilen: Einer Ionenquelle (hier nicht abgebildet), einem Wienschen Geschwindigkeitsfilter und einem Detektor. Aufgaben zum Wienschen Filter Im Wienschen Filter befindet sich (bspw. wie in der Abbildung) ein elektrisches und ein dazu senkrechtes Magnetfeld, deren Feldstärken beide regelbar sind. Wir gehen für die weiteren Überlegungen davon aus, dass das Teilchen, das in den Filter eintritt, positiv geladen ist. a) Wie verläuft die Bahn des Teilchens innerhalb des Filters, wenn weder E-­‐ noch B-­‐Feld vorhanden sind? Fertige eine Skizze an. b) Es wird nun das E-­‐Feld eingeschaltet. Auf das Teilchen wirkt nun eine elektrische Kraft. In welche Richtung zeigt sie? Wie sieht demnach die Bahn des Teilchens aus? Wie ändert sich die Bahn, wenn ein schnelleres/langsameres Teilchen in den Filter tritt? Fertige eine Skizze an. c) Das E-­‐Feld wird aus-­‐ und das B-­‐Feld eingeschaltet. Auf das Teilchen wirkt nun die Lorentzkraft. In welche Richtung zeigt sie? Wie sieht demnach die Bahn des Teilchens aus? Wie ändert sich die Bahn, wenn ein schnelleres/langsameres Teilchen in den Filter tritt? Fertige eine Skizze an. d) Nun sind sowohl E-­‐ als auch B-­‐Feld eingeschaltet. Wie sieht die Bahn des Teilchens aus, wenn FL>Fel bzw. FL<Fel gilt? e) Welche Beziehung zwischen Lorentzkraft und elektrischer Kraft muss gelten, damit das Teilchen durch die Blende aus dem Filter wieder austritt? Leite hieraus eine Formel für die Geschwindigkeit der Teilchen her, die den Filter passieren können. Aufgaben zum Detektor Im Detektor befindet sich nur noch ein magnetisches Feld. a) Wie verläuft die Bahn des Teilchens im Detektor? Fertige eine Skizze an. b) Wie kann hieraus auf die Masse des eintretenden Teilchens geschlossen werden? Tipp: Vergleiche mit dem Fadenstrahlrohr!