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Kernphysik - Das Zählrohr
 
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Habichnich:(
Gast





Beitrag Habichnich:( Verfasst am: 06. März 2006 20:29    Titel: Kernphysik - Das Zählrohr Antworten mit Zitat

Hallo!

Erstmal danke für den klick auf den Link, der dich hierher geführt hat Augenzwinkern

In meinem Physikbuch ist eine Aufgabe, bei der ich mir nicht ganz im klaren bin:

Es geht grob gesagt um ein Zählrohr (Geiger-Müller-Zähler).
Der Verstärkungsfaktor a beträgt 10^5 .
Der Zählrohrwiderstand ist 10^7 Ohm, die mittlere Impulsdauer sei dt=10^-3 s

Jetzt die Frage (dabei ist es eigentlich keine Frage):Schätzen Sie die mittlere Spannung (Impulshöhe) die am Zählrohrwiderstand entsteht ab, wenn

a) ein Alpha- Teilchen auf seinem Weg im Zählrohrgas 12 * 10^4 Elektronen erzeugt.

b) ein Beta- Teilchen nur 1/100 der e- des Alpha- Teilchens erzeugt.



Ok also gelöst hätte ich die aufgabe. Meine Lösung für a) ist 19,2 V und für b) 0,192 V.

meine Frage: Was ist eine Impulshöhe? Mir fällt nämlich keine möglichkeit ein, von der Spannung mit den gegebenen Werten auf einen Impuls für e- zu kommen.

Sollten die Ergebnisse für a) und b) richtig sein: Was "sagt" mir dieses Ergebnis??? Ich kann mir darunter leider nichts vorstellen..wo finde ich denn diese Potentialdifferenz?

Die Aufgabe wurde zu 95% aus meinem Buch übernommen...nur (mbmn) unwichtige Teile wurden weggelassen.

Vllt. hilft auch dieser Link:

Wikipedia!


Viiiiielen Danke für die Hilfe und auch Danke wenn ihr diese Zeile lest, dann habt ihr hoffentlich den ganzen Text gelesen....


Gruß!!!
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 06. März 2006 20:51    Titel: Re: Kernphysik - Das Zählrohr Antworten mit Zitat

Hallo,

Deine Ergebnisse sind richtig.

Die Impulshöhe ist die Höhe des Spannungsimpulses.

Also die mittlere Spannung in dem elektrischen Puls, der erzeugt wird, wenn die (Ladung der Elektronen nach Verstärkung in der Zeit dt) = (der Strom I) durch den Widerstand R des Zählrohres fließt.
Habichnich:(
Gast





Beitrag Habichnich:( Verfasst am: 06. März 2006 20:56    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für die schnelle Antwort, freut mich zu hören dass meine ergebnisse richtig sind.

Also ändert sich die Spannung zwischen Anode und Kathode um 19,2 V bzw in Fall b) um 0,192 V wenn ich das richtig verstanden habe...

Bsp: Potentialdifferenz ohne eintreffende Alpha- bzw. Betateilchen: 700 V
-> Absenkung der Spannung in 10^-3 s auf 680,8 V bzw. in b) 699.808 V


stimmt das?
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 06. März 2006 21:15    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube, nicht ganz: Die Spannung wird am Zählrohrwiderstand gemessen; ich denke, das ist nicht der Widerstand innen im Zählrohr (da wäre ja mehr oder weniger stark ionisiertes Gas, von dem man den Widerstand nicht kennt), sondern ein Widerstand, der außerhalb des Zählrohres Anode und Kathode verbindet.

Der Strom, der im Zählrohr durch Elektronenbewegung fließt, fließt also außerhalb des Zählrohres weiter, und zwar durch einen extra eingebauten ohmschen Widerstand (den man wohl "Zählrohrwiderstand" nennt), an dem man die Spannung abgreifen kann; wenn man den Wert dieses ohmschen Widerstandes kennt, und die Höhe und Dauer des Spannungspulses am Widerstand misst, weiß man, wieviel Strom geflossen ist.

Die Spannungsquelle, die diesen Stromfluss antreibt, ist die, die dafür sorgt, dass zwischen Anode und Kathode immer die erforderliche hohe Spannung anliegt. Wenn die Elektronen im Zählrohr einen Stromfluss möglich machen, dann liefert sie den entsprechenden Strom.
Habichnich:(
Gast





Beitrag Habichnich:( Verfasst am: 06. März 2006 22:11    Titel: Antworten mit Zitat

ok alles klar vielen dank!
Gast






Beitrag Gast Verfasst am: 07. März 2006 00:26    Titel: Antworten mit Zitat

> .. ein Widerstand, der außerhalb des Zählrohres Anode und Kathode verbindet.

Normalerweise ist das nicht so. Es gibt immer einen großen Widerstand (MOhm) zwischen der
Spannungsversorgung (das ist meist ein Wandler von Batteriespannung auf einige hundert Volt)
und der Anode des Zählrohrs zwecks Strombegrenzung, sonst würde das Zählrohr sehr schnell
unbrauchbar (Lawinen-Effekt), es ist nun mal keine Blitzröhre...

Aus dem Wikipedia Artikel zum GMZ:

"Die so lawinenartig freigesetzten Elektronen ermöglichen nun einen Stromfluss zwischen Anode und Kathode, der mittels eines in den Stromkreis eingeschalteten Widerstandes in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Dieses Signal wird dann elektronisch verstärkt..."

Dieser 'Arbeitswiderstand' liegt meist zwischen dem Kathodenanschluss und Masse und ist gerade groß
genug, um mit dem Stromimpuls eine zur Auswertung geeignete Spannung zu erzeugen, die damit auch
gleich auf Masse bezogen ist. Im einfachsten Fall schaltet man diesem Widerstand einen kleinen
Kondensator parallel, damit wird die Impulsdauer lang genug für einen gut hörbaren 'Knack'.
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. März 2006 00:42    Titel: Antworten mit Zitat

OK, das heißt, mit dieser Zusatzinformation müsste ich genauer formulieren:

Das, was außen am Zählrohr Anode und Kathode miteinander verbindet, ist, in Reihe hintereinander:

1.) ein großer Widerstand (einige MegaOhm), der zur Strombegrenzung dient
(= "der Zählrohrwiderstand")

2.) die Spannungsquelle

3.) ein kleinerer Widerstand zum Messen des Stromes, an dem der Spannungsimpuls abgegriffen wird. (In der Zeichnung bei Wikipedia also dort, wo der Kasten "Zähler" eingezeichnet ist.)

Habe ich das richtig verstanden, oder meinst du mit "zwischen Kathodenanschluss und Masse" noch etwas anderes?
Gast






Beitrag Gast Verfasst am: 07. März 2006 13:23    Titel: Antworten mit Zitat

Nicht ganz so. Zwischen Anode und Kathode des Zählrohrs ist außen nichts geschaltet,
warum auch, das würde ja nur dauernden Strom bewirken der keinen Zweck hätte.

Beginnend vom Pluspol der Spannungsquelle kommt erst der große Widerstand zur Begrenzung
des Stromes, dann das Zählrohr, dann der kleine Widerstand zum Minuspol der Spannungsquelle,
alles ist in Reihe geschaltet. Strom fließt in dieser Anordnung nur wenn das Zählrohr 'zündet',
durch Strombegrenzung und 'Löschgas' im Rohr ist das nur sehr kurz der Fall. Der Strom durch
die ganze Reihenschaltung wird praktisch nur vom großen Widerstand und der Spannung bestimmt
(die sogenannte Plateau-Spannung, 300..600V je nach Zählrohrtyp).

In grober Vereinfachung kann man das Zählrohr als Schalter betrachten, der durch das ionisierende
Strahlungsquant für kurze Zeit geschlossen wird und dann wieder öffnet (Löschvorgang).
Der Widerstand des Zählrohrs selbst ist nur für sogenannte Proportional-Zähler von Bedeutung,
darüber lässt sich die Energie des Strahlungsquants abschätzen, die Auswertung ist dann anders.
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. März 2006 18:48    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube, du meinst nun dasselbe wie ich zuletzt, nämlich die folgende Anordnung mit
R1 = Widerstand zur Begrenzung des Stromes und
R2= kleiner Widerstand zum Abgreifen des Signals.

Und ich gestehe dass ich mir die Freiheit genommen habe, den größeren Widerstand auch etwas größer zu malen :)



zaehlrohr.gif
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zaehlrohr.gif


Gast






Beitrag Gast Verfasst am: 07. März 2006 19:28    Titel: Antworten mit Zitat

Richtig, so war's gemeint.
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