Das Elektronenstrahlsystem

Das Elektronenstrahlsystem
Entstehung der freien Elektronen durch den Glühelektrischen Effekt:
In der oberen Abbildung wird deutlich, wie freie Elektronen entstehen. Bei Betrachtung der evakuierten
Röhre (Vakuum) erkennen wir links eine Elektrode in Form einer Spirale und gegenüberliegend eine zweite
Elektrode in Form einer Platte. Legt man an die Spirale eine Spannung, fließt kein Strom, da der luftleere
Raum zwischen den beiden Elektroden keine Ladungsträger enthält.
Da kommt der „Glühelektrische Effekt“ ins Spiel. Beim anlegen einer Spannung die den Draht zum glühen
bringt, treten einzelne Elektronen aus dem Draht aus. Dieser Effekt ist sowohl von der Temperatur, wie auch
von dem Material des Drahtes abhängig. Es lösen sich solange Elektronen aus der Spirale, bis sich ein
Gleichgewicht einstellt, bei dem gleich viele Elektronen zurück in den Draht gehen, wie austreten.
Dieser Effekt tritt jedoch nur ein, wenn man die Spirale als Katode schalten (negativ geladen). Dies ist
dadurch zu erklären, das Elektronen nur austreten können, wenn auch ein Überschuss von ihnen vorhanden
ist. In der Abbildung bildet sich deshalb eine „Elektronenwolke“ um den Draht und einige Elektronen
wandern wegen dem Ladungsunterschied zur anderen Platte. Es kann ein Strom gemessen werden
Glühelektrischer Effekt: Aus einem glühenden Metalldraht treten Elektronen aus.
Die Austrittsenergie:
Um die Elektronen aus der Metalloberfläche zu lösen, muss eine gewisse Energiemenge aufgebracht werden,
nämlich die sogenannte Austrittsenergie EA. Die Austrittsenergie lässt sich wie folgt berechnen.
Die Energie einer Ladung Q beim Durchlaufen einer Spannung U im elektrischen Feld ist allgemein
Wel = Q * U
Durchläuft eine Elementarladung die Spannung 1 V, so nimmt sie folgende Energie auf:
Wel = e * 1V = 1,602 * 10-19 C* 1V= 1,602 * 10-19 J
Diese Energiemenge wir als ein Elektronenvolt (1 eV) bezeichnet.
Beschleunigung der Elektronen am Beispiel der Braunschen Röhre:
Die Braunsche Röhre benutzt ebenfalls den Glühelektrischen Effekt um einen Elektronenstrahl zu erzeugen.
Die Funktionsweise der Braunschen Röhre lässt sich mithilfe der Nummer in der oberen Abbildung erklären.
1: Hier wir die Heizspannung UH angelegt um den Glühelektrischen Effekt hervorzurufen. Dabei entsteht
eine Elektronenwolke.
2: Hier ist eine Scheibe mit einem inneren Loch angebracht. Diese wird als Anode (positiv) geschaltet. Die
Spannung die hier angelegt wird, wird als Beschleunigungsspannung (U B) bezeichnet. Diese Spannung muss
größer sein als UH, damit die Elektronen angezogen werden. Die Spannung U B ist für die Beschleunigung der
Elektronen verantwortlich.
Nach der Beschleunigung der Elektronen bewegen sie sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit (v 0) fort.
Diese lässt sich wie folgt berechnen:
Zunächst wird die elektrische Energie des Elektrons berechnet, die durch die Spannung U B entsteht.
Eel = e * UB
Da wir von einer gleichmäßigen Bewegung der Elektronen ausgehen, lässt sich die elektrische Energie
gleichsetzten mit der kinetischen Energie.
Eel = Ekin
Nun lässt sich die Geschwindigkeit durch einiges umformen berechnen.
½ * m * v02 = e * UB
v02= 2* e/m *UB
v0=
(2)
√(2∗e /m∗UB )
Mit dieser Formel können wir v0 bestimmen, da wir jede weitere Angabe kennen.