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Fullbuster
Anmeldungsdatum: 06.04.2011
Beiträge: 2
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 Fullbuster Verfasst am: 06. Apr 2011 20:18 Titel: Elektronenkanone schießt Elektron in homogenes Magnetfeld |
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[Bitte achte darauf, Titel so zu wählen, dass sie sagen, worum es inhaltlich geht. Ich habe daher mal deinen Titel "Physik Aufgabe Oberstufe" in einen aussagekräftigeren Titel geändert. Schönen Gruß, dermarkus  ]
Meine Frage:
Ein Elektron wird in einer Elektronenkanone mit der Spannung U=180V beschleunigt und in ein homogenes Magnetfeld eingeschlossen. Da die Einschussgeschwindigkeit v? und die magnetische Flussdichte B? einen 90° verschiedenen Winkel miteinander bilden, bewegt sich bewegt sich das Elektron im Magnetfeld auf einer schraubenförmigen Bahn. Bei einem Umlauf auf der Schraubenlinie legt das Elektron in Richtung der Feldlinie die Entfernung s=9,44 cm zurück. Der Radius des Zylinders, auf dem die Schraubenlinie verläuft,ist r=6,25 cm.
a) Welche magnetische Flussdichte B hat das Magnetfeld?
b) Welchen Winkel ? bildet der Geschwindigkeitsvektor v? mit dem Vektor der magnetischen Flussdichte B?? (Die Elektronenladung ist ?e=?1,60?10^?19 As, die Elektronenmasse ist me=9,11?10^?31 kg.)
Anleitung: Berechnen Sie den Betrag der Elektronengeschwindigkeit v? aus dem Beschleunigungsvorgang! Zerlegen Sie die Elektronengeschwindigkeit v? in die Komponenten v?? und v???!v?? steht senkrecht zu B?,v??? ist zu B? parallel. Es gilt
v?=v??+v???,
v^2=(v^2)?+(v^2)??.
Bezeichnen Sie die Zeit, die das Elektron für einen Umflauf um die Schraubenachse benötigen, mit T .
T steht in Beziehung zu s,v?,v?? und r.
Zur Berechnung des Winkels ? beachten Sie, dass v??? und B? die gleiche Richtung haben.
Meine Ideen:
Leider habe ich überhaupt keine ahnung
ach und das mit den Pfeilen, das sollen Vektorzeichen sein ^^ |
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eva1
Anmeldungsdatum: 06.10.2010
Beiträge: 532
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| eva1 Verfasst am: 06. Apr 2011 21:26 Titel: |
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Hier sind Kreisgleichungen und Zentripetalkraft=Lorentzkraft, der Weg zum Ziel. Versuch sie mal anzuwenden. |
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Fullbuster
Anmeldungsdatum: 06.04.2011
Beiträge: 2
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| Fullbuster Verfasst am: 06. Apr 2011 21:53 Titel: Weiter |
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Das Problem ist, dass ich krank war, als dieser Stoff durchgearbeitet wurde, also fehlen mir die ganzen Formeln, die man verwenden kann. |
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planck1858
Anmeldungsdatum: 06.09.2008
Beiträge: 4542
Wohnort: Nrw
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| planck1858 Verfasst am: 07. Apr 2011 11:44 Titel: |
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Hi,
ich denke mal, dass dir der Begriff Lorentzkraft dann wohl noch nicht bekannt ist?
Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein Elektron erfährt, wenn es sich durch ein Magnetfeld bewegt. Steht das Magnetfeld parallel zum Elektronenfluss, so erfährt es keine Lorentzkraft, die Lorentzkraft ist am stärksten, wenn sich das magnetfeld senkrecht zum Fluss befindet.
_________________
Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum Erkennen, den Glauben zum Handeln. (Max Planck)
"I had a slogan. The vacum is empty. It weighs nothing because there's nothing there. (Richard Feynman) |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 07. Apr 2011 12:59 Titel: Re: Weiter |
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| Fullbuster hat Folgendes geschrieben: | | Das Problem ist, dass ich krank war, als dieser Stoff durchgearbeitet wurde, also fehlen mir die ganzen Formeln, die man verwenden kann. |
Die Formeln, die Du benötigst, sind:
1. Energieerhatungssatz:
Damit bestimmst Du die Geschwindigkeit v, mit der die Elektronen in das Magnetfeld eintreten.
2. Lorentzkraft:
)
Damit bestimmst Du die Kraft, die das Elektron auf eine Kreisbahn zwingt. Die Richtung steht senkrecht zu  und  . Ihr Betrag ist entsprechend der Regel für's Kreuzprodukt
Dabei ist  der Winkel zwischen und .
Man kann das auch so schreiben:
)
und erkennt daraus, dass nur die senkrecht zum Magnetfeld stehende Geschwindigkeitskomponete  zur Lorentzkraft beiträgt.
Die parallel zum Magnetfeld liegende konstante Geschwindigkeitskomponente  treibt das Elektron während eines Umlaufes (infolge der Lorentzkraft) in Feldrichtung weiter. Die zugehörige Formel ist trivial:
3. Weg-Zeit-Gesetz
Dabei ist s der vorgegebene Weg für einen Umlauf und T die Zeit für einen Umlauf, die sich aus dem Kräftegleichgewicht von Lorentzkraft und Zentripetalkraft ergibt:
4. Gleichgewichtsbedingung
mit
5. Zentripetalkraft
^2}{r})
Dabei ist r der vorgegebene Radius der Kreisbahn.
Die Umlaufzeit ergibt sich ebenfalls nach
6. Weg-Zeit-Gesetz
Das musst Du jetzt alles irgendwie zusammenfummeln. Wenn's dabei Schwierigkeiten gibt, kannst Du ja nachfragen. Hier hattest Du aber ausschließlich nach den anzuwendenden Formeln gefragt, die ich dir alle gegeben habe.
Vielleicht erkennst du daraus, dass viel wichtiger als die Formeln das Verständnis für das physikalische Szenario ist, das durch die Formeln ja nur beschrieben wird. |
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planck1858
Anmeldungsdatum: 06.09.2008
Beiträge: 4542
Wohnort: Nrw
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| planck1858 Verfasst am: 07. Apr 2011 13:14 Titel: |
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@GvC,
da ist ja schon alles wichtige drin enthalten! 
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Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum Erkennen, den Glauben zum Handeln. (Max Planck)
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 08. Apr 2011 12:20 Titel: |
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Natürlich ist da alles drin enthalten, was man zur Lösung der Aufgabe braucht. Allerdings scheint Fullbuster damit nichts anfangen zu können. Ob er wohl nochmal nachfragt? |
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Physikexpress
Gast
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| Physikexpress Verfasst am: 23. Feb 2012 20:01 Titel: |
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So muss mal den alten Thread nochmal rausholen
Also habe im Moment die selbe Aufgabe vorliegen.
Nun zu a):
Um meine magnetitsche Flussdichte (Feldstärke) ausrechnen zu können, muss ich doch Zentripetalkraft mit Lorentz-Kraft gleichsetzen. Für die Lorentzkraft brauche ich doch aber den Winkel, den meine Geschwindigkeit  mit der Flussdichte  einschließt. Oder etwa nicht? In diesem Falle müsste ich doch zuerst b) machen um a) lösen zu können. Oder sehe ich das falsch?
Vielen Dank für Antworten |
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Physikexpress
Gast
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| Physikexpress Verfasst am: 23. Feb 2012 21:02 Titel: |
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| Physikexpress hat Folgendes geschrieben: | So muss mal den alten Thread nochmal rausholen
Also habe im Moment die selbe Aufgabe vorliegen.
Nun zu a):
Um meine magnetitsche Flussdichte (Feldstärke) ausrechnen zu können, muss ich doch Zentripetalkraft mit Lorentz-Kraft gleichsetzen. Für die Lorentzkraft brauche ich doch aber den Winkel, den meine Geschwindigkeit mit der Flussdichte einschließt. Oder etwa nicht? In diesem Falle müsste ich doch zuerst b) machen um a) lösen zu können. Oder sehe ich das falsch?
Vielen Dank für Antworten |
So, nach mehrmaligem Überlegen und nach Absprache mit Leuten aus meinem Kurs sind wir zu dem Ergebnis gekommen, dass um die magnetische Feldstärke zu berechnen, der Zeitpunkt betrachtet wird, in dem das Elektrönchen gerade in das magnetische Feld eindringt. Ergo kann der Winkel zwischen  und noch keine Rolle für meine Berechung von  durch Gleichsetzen der Zentripetalkraft mit der Lorentzkraft haben. Ist das richtig so, kann das jemand vielleicht bitte bestätigen oder gegebenenfalls berechtigen?
LG Physikexpress |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 24. Feb 2012 09:54 Titel: |
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Wieso soll denn, wenn v und B konstant sind, der Zeitpunkt eine Rolle spielen? Lies Dir nochmal meinen Beitrag vom 7.4.2011 genau durch und versuch' mal, das dort Geschriebene gedanklich nachzuvollziehen. Hast Du dann noch Fragen dazu, kannst Du sie ja stellen, anstatt wilde Theorien ohne Begründung in den Raum zu stellen.
Die Begründung, Du habest Dich mit Leuten aus Deinem Kurs abgesprochen, ist wissenschaftlich nicht haltbar. Da müsstest Du schon sagen, welche physikalischen Gesetzmäßigkeiten Du und die Leute aus Deinem Kurs zugrunde gelegt haben, um zu dem seltsamen Ergebnis mit der Zeitabhängigkeit zu kommen. |
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