Da die Lorentzkraft als
Zentripetalkraft senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung wirkt,
ändert sich zwar die Richtung der Geschwindigkeit nicht aber deren Betrag. Als Bahnkurve
ergibt sich dann ein Kreis.
Der Radius der Kreisbahnen ist
abhängig von:
der Masse der Teilchen
der Ladung der Teilchen
der Geschwindigkeit der
Teilchen (indirekt gegeben durch die Beschleunigungsspannung)
In einem Glasgefäß mit einer Wasserstoffatmosphäre von niederem
Druck wird ein Elektronenstrahl erzeugt. Einzelne Elektronen des
Strahls treffen auf Wasserstoffatome und regen sie zum Leuchten an.
Dadurch wird der Elektronenstrahl sichtbar. Vor und hinter dem
Glasgefäß befindet sich ein Helmholtzspulenpaar, das beim Anschalten
des Spulenstromes ein senkrecht zur
Zeichenebene gerichtetes Magnetfeld erzeugt.
Im folgenden Applet
der Universität Kaiserslautern (Frank Schweickert,
5/2001) lassen sich die Versuchsparameter frei einstellen.
Aufgabe:
Wie ist das Magnetfeld
hier orientiert (aus der Zeichenebene hinein oder heraus)?
Erstellen Sie mit Hilfe
des Applet ein Radius-Magnetfeld-Diagramm. Welche Proportionalität
ergibt sich hier? (Hilfe: Steigern Sie B in 0,2 mT Schritten im
Bereich von 0,1 mT bis 1,5 mT; das Diagramm wird neben dem Applet
gezeichnet)
Erstellen Sie mit Hilfe
des Applet ein Radius-Beschleunigungsspannung-Diagramm. Welche
Proportionalität ergibt sich hier? (Hilfe: Steigern Sie UB
in 50 V Schritten im Bereich von 50 V bis 500 V)
In diesem Applet
von Jakob Vogel kann man die Bahn der einzelnen Elektronen
gut verfolgen. Außerdem können im dritten Menüteil die Parameter der
Magnetfeldspulen geändert werden.
Im zweiten Teil des Menüs können die Beschleunigungsparameter
eingestellt werden. Über den Regler kann die Beschleunigungsspannung
gesteuert werden. Mit der Checkbox wird der WEHNELT-Zylinder zu- und
abgeschaltet. Dieser konzentriert den
Elektronenstrahl wegen seiner negativen Ladung auf das Loch der Anode,
so dass diese weniger Elektronen "verschluckt".
Die rote Kurve zeigt die relativistische Idealflugbahn, die gelbe die
traditionell berechnete. Bei hohen Elektronengeschwindigkeiten wird eine Abweichung sichtbar.
In extremen Einstellungen
weichen die simulierten Elektronen von den Idealbahnen
ab.
