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Physik, 12 Elektrik - Die Hochvakuumdiode |
Aus der erhitzten Oberfläche eines Metalls treten
im Vakuum Elektronen aus. Es sind Valenzelektronen der äußersten Atomschichten.
Durch die Abgabe von Elektronen ist das Metall positiv geladen, die Elektronen
werden wieder angezogen und es entsteht ein Gleichgewicht zwischen emittierten
und absorbierten Elektronen. Das Metall ist von einer 'Elektronenwolke' umgeben.
Das Copyright für dieses
Applet liegt bei Klaus
Wetzstein.
Arbeitsaufträge:
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Belasse die
Anodenspannung auf 0 Volt und beobachte das Verhalten der
Elektronenwolke bei verschiedenen Heizspannungen.
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Stelle einen
"Je ....., desto ..."-Satz auf, welcher die Temperatur der
Heizwendel und das Verhalten der Elektronenwolke in Beziehung
zueinander bringt.
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Erhöhe bei
einer Heizspannung von 6 Volt nun schrittweise die Anodenspannung und
notiere nach einer kurzen Zeit den fließenden Strom (hier nicht in
Ampere, sondern in Elektronen pro Sekunde gemessen).
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Was passiert
wenn eine negative Spannung an die Anode angelegt wird mit den
Elektronen?
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Trage die
ermittelten Werte in ein Strom-Anodenspannungs-Diagramm ein (Kennlinie
der Diode).
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Stelle einen
"Je ....., desto ..."-Satz auf, welcher die die
Geschwindigkeit der Elektronen und die Anodenspannung in Beziehung
zueinander bringt.
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Erstelle
ebenfalls die Kennlinie der Diode für die Heizspannung von 4 Volt.
Diodenwirkung
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Wird zwischen Glühkathode
(-Pol) und Anode (+Pol) eine Gleichspannung UA angelegt, werden die
Elektronen angezogen und es fließt ein Anodenstrom IA.
Wird die
Spannungsquelle dagegen umgekehrt gepolt, fließt kein Strom. Der Strom
kann also nur in einer Richtung fließen. Ein elektrisches Bauteil, das
Strom nur in einer Richtung 'durchlässt', wird Diode genannt.
Wird eine Diode in
einen Wechsel-Stromkreis geschaltet, fließt im Stromkreis ein
pulsierender Gleichstrom:
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Kennlinien
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Der Anodenstrom IA
wird in Abhängigkeit von der Anodenspannung UA für
verschiedene Heizspannungen der Glühkathode UH gemessen und in
einem U-I-Diagramm angetragen.
Der Anodenstrom IA
steigt mit zunehmender Anodenspannung UA bis zu einem Sättigungswert
an. Die Stromstärke nimmt mit der Heizspannung zu.
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Erklärung der
Diodenwirkung
Die folgenden
Grafiken und Texte sind dem Landesbildungsserver
Baden-Württemberg entnommen.
Links im Bild
sieht man eine Röhrendiode. Das ist ein Glaskolben, in dem oben
ein Blech - die Anode - und unten eine Heizwendel eingebaut
sind. Das Innere des Glaskolbens ist luftleer (Vakuum).
Auf der rechten Seite ist ein Elektroskop zu sehen, das leitend mit dem
Anodenblech verbunden ist.
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Das Elektroskop und die
Anode sind zunächst negativ geladen.
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Solange die
Heizwendel kalt ist, also nicht glüht, geschieht gar nichts,
die Ladung auf Anode und Elektroskop bleibt erhalten.
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Beginnt
die Heizwendel zu glühen, bleibt der Zeigerausschlag
ebenfalls erhalten.
Aus der Heizwendel treten also keine
positiven Ladungen aus, die die negativen Ladung auf dem
Elektroskop neutralisieren könnten. Austretende negative
Ladungen (Elektronen) werden von den gleichnamigen negativen
Ladungen auf dem Anodenblech abgestoßen.
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Das Elektroskop und die
Anode werden nun positiv geladen.
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Solange die
Heizwendel kalt ist, geschieht ebenfalls nichts, die Ladung auf
Anode und Elektroskop bleibt erhalten. |
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Beginnt
die Heizwendel zu glühen, geht der Zeigerausschlag am
Elektroskop zurück, was bedeutet, dass negative
Ladungen auf das Elektroskop gelangen müssen.
Aus der glühenden Heizwendel treten also Elektronen
aus. Diese neutralisieren die positive Ladung auf dem
Elektroskop. Sind Elektroskop und Anodenblech schließlich
neutralisiert, genügen wenige zusätzliche Elektronen um das
Blech leicht negativ zu laden. Dies ist zu wenig, als dass der
Zeiger des Elektroskops ausschlagen würde, jedoch genug, um zu verhindern,
dass weitere Elektronen auf das Anodenblech gelangen - sie
werden abgestoßen. |
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(komplett entnommen dem Landesbildungsserver
Baden-Württemberg)
letzte Änderung: 4.9.2004 |
