Elektronenstrahl im Magnetfeld

Sunny · Gast

Dynamik der Kreisbewegung: Elektronenstrahl im Magnetfeld

Hallo demnächst müssen wir folgenden Versuch starten ... und irgendwie die unten stehenden Fragen dazu beantworten ... leider versteh ich nicht was wir da über haupt machen soll und kann mir jemand bei der Beantwortung der Fragen helfen bzw. gute Seiten empfehlen?? geschockt

Versuch

An das Strahlerzeugungssystem wird eine Heizspannung
von 6.3V ~ gelegt. Die aus der Glühkathode austretenden Elektronen werden durch die
Gitterspannung (-50V ... 0V) und die Anodenspannung (0 ... +250V) beschleunigt. Die drei Spannungen
werden von einem Universal--Netzgerät bezogen. Die Helmholtzspulen sind in Reihe geschaltet ("1" mit
"1" verbunden; Stromzuführung über "2"). Der Strom wird von einem stabilisierten Netzgerät geliefert.
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Die Spulendaten sind: n=154 (Windungszahl) und R=0.20m (Radius). Die Anodenspannung und der
Spulenstrom werden durch Meßinstrumente angezeigt. Das Magnetfeld soll mit einer Hallsonde (NEVAMagnetfeldmeßgerät)
vermessen werden. Zur Kalibrierung dieser Apparatur steht eine lange Spule als
Referenz zur Verfügung.
è Realisieren Sie die Beschaltung des Fadenstrahlrohrs (Abb.2) und der Helmholtzspulen

Erzeugen Sie eine Elektronenkreisbahn. Die Beeinflussung der Elektronenbahn durch geometrische
Veränderungen (Fadenstrahlrohr), Beschleunigungsspannung und Spulenstrom soll qualitativ mit den
Formeln im Grundlagenteil verglichen werden.
Atome des Füllgases (hier: Argon) werden durch die Elektronen ionisiert. Das Rekombinationsleuchten
macht den Strahl sichtbar; der Spulenberich wird daher durch ein Tuch zusätzlich abgedunktelt.

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Messung der Beschleunigungsspannung in Abhängigkeit vom Kreisradius r für r=2,3,4 und 5
cm.Variieren Sie dabei den Spulenstrom (< 3 A) und die Beschleunigungsspannung (< 260V) so, daß
Sie den jeweiligen Steg treffen. Dokumentieren Sie jeweils die Einstellungen.
Die mit Leuchtfarbe bestrichenen Metallstege definieren Kreisbahnen mit r=2,3,4 und 5cm. Die Stege
sollen vom Strahl "voll getroffen" werden.
Kalibrieren Sie die Hallsonde mit Hilfe einer langen Spule. Führen Sie dazu 5 Messungen mit
Strömen zwischen I=0.1A und I=1.0A durch. Die Berechnung des Magnetfeldes der langen Spule
erfolgt mit Gleichung (5). Tragen Sie in der Kalibrierungskurve die berechnete magnetische Induktion
gegen die vom Magnetfeldmeßgerät angezeigte Ausgangsspannung auf.
Das Magnetfeld wird – für jede Messung separat - mit dem Meßgeräte über eine Spannung gemessen.
Entfernen Sie das Fadenstrahlrohr und vermessen Sie das Magnetfeld in der Mitte der Helmholtz-
Spulen im für die in Aufgabenteil 3. gewählten Spulenströme.
Die gemessenen Spannungen werden über die in 4. ermittelte Eichkurve in Magnetfelder konvertiert.
Beachten Sie die in der Eichkurve eingestellten Meßbereiche des Magnetfeldmeßgerätes und des
Voltmeters. Wählen Sie die Meßpositionen so, daß der Bereich der Elektronenkreisbahnen erfaßt wird.
Mit Hilfe der Beschleunigungsspannung, des Magnetfeldes kann nun für jeden Radius die spezifische
Elektronenladung e/m berechnet werden.
Berechnen Sie e/m für alle in Aufgabe 3 durchgeführten Messungen. Setzen Sie dabei
jeweils die gemessene magnetische Flußdichte B ein.
Bilden Sie den Mittelwert von e/m und die Standardabweichung für alle Messungen.
Tragen Sie die Meßwerte von e/m als Funktion von r auf und markieren Sie den Literaturwert.
Diskutieren Sie Ihre Ergebnisse. Wie liegen Ihre Resultate (Mittelwert±
Standardabweichung) relativ zum Literaturwert ?

Fragen:
·Meßprinzip einer Hallsonde.
· Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Elektronen auf der Kreisbahn ? Muss die
relativistische Massenzunahme berücksichtigt werden
· Wie groß müßten Beschleunigungsspannung bzw. magnetische Flußdichte gewählt werden, wenn
man den Versuch mit positiv geladenen Wasserstoffionen statt mit Elektronen durchführen würde ?
(Rechnen Sie mit r = 4 cm., verwenden Sie die Masse eines Wasserstoffatoms)
· Wie groß ist der Einfluß der thermischen Energie der Elektronen ?

Vielen Dank!

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Was den Versuchsaufbau betrifft (du hast doch sicher eine Skizze?):

Du musst die Endgeschwindigkeit der Elektronen nach der Beschleunigung errechnen. Dafür gilt: Beschleunigungsarbeit = kinetische Energie, also je nachdem

oder

(Letzterese natürlich ausgerechnet, ab etwa 0,3 c musst du relativistisch rechnen)

Für das Verständnis der Kreisbahn muss du die Lorentzkraft verstehen, sowie die Formel für das Magnetfeld einer Spule haben. (ach ne, die misst du ja mit der HAll-Sonde...)

zum Hall-Effekt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Hallsonde

Die wirkende Lorentzkraft, die das Elektron auf eine Kreisbahn zwingt entspricht dann der Zentripetalkraft:

(Guck besser nochmalö in der Formelsammlung nach Augenzwinkern

)

Kannst dann nach e/m auflösen.

Der Versuch mit den Wasserstoffionen läuft analog dazu ab, du musst nur die andere Masse berücksichtigen...