- Elektronen im elektrischen Längsfeld - verzögerte Bewegung
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Elektronen im elektrischen Längsfeld - verzögerte Bewegung.



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Ein Elektron (blauer Punkt) kommt mit gegebener Anfangsgeschwindigkeit (Auswahlfeld) durch eine Lücke in der linken Platte.
An die Kondensatorplatten (Plattenabstand d = 0,04 m) ist eine Spannung UC angelegt.
Dadurch wird eine Feldkraft Fel entgegen der Bewegungsrichtung erzeugt, die das Elektron bremst.

Kann es die rechte Platte erreichen, und wovon hängt dies ab?


Die Zeitanzeige erfolgt in Nanosekunden (1 ns = 1*10-9 s).
Die Geschwindigkeit wird in 106 m/s angezeigt.
Die Ortsangabe ist in m.

Anfangsgeschwindigkeit : x 106 m/s

 




Aufgaben / Fragen :

a) Belasse zunächst die Grundeinstellungen und klicke "Start".

  • Warum kehrt das Elektron um?
  • Wann kehrt das Elektron um?
  • Wie weit von der linken Platte liegt der Umkehrpunkt entfernt?
  • Mit welcher Geschwindigkeit erreicht es wieder die linke Platte (v-t-Diagramm)?

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b) Halbiere nun die Spannung (140 V).

  • Wie weit kommt das Elektron nun?
  • Welchen Zusammenhang zwischen dem Umkehrpunkt und der Spannung lässt dies vermuten?

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c) Verändere nun die Spannung am Kondensator weiter.

  • Bei welcher Spannung schafft es das Elektron gerade durch den Kondensator?
  • Vergleiche mit der ursprünglichen Spannung aus a)!

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d) Verdopple die Geschwindigkeit (Auswahlfeld oberhalb des Applet)

  • Bei welcher Spannung liegt nun die Grenze zwischen "Durchkommen" und "nicht Durchkommen"?
  • Vergleiche mit den Ergebnissen aus c)!
  • Arbeite die Theorie hinter der Simulation unten auf dieser Seite durch.

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Die Theorie hinter der Simulation.

Verschiedene Experimente folgen demselben physikalischen Prinzip:

Vielleicht hast du bemerkt, dass folgende unterschiedliche Bewegungen nach demselben physikalischen Prinzip ablaufen:

Diese Parallele soll hier noch etwas genauer verglichen werden:
In der Darstellung wird der Kondensator um 90 Grad gedreht um den Vergleich deutlicher zu machen.

Außerdem wird eine positive Ladung betrachtet um die Parallele im Feldverlauf deutlicher werden zu lassen.

senkrechter Wurf

Verzögerte Elektronenbewegung

Die Bewegung erfolgt von unten nach oben:
Masse im Schwerefeld der Erde
Die Bewegung erfolgt von unten nach oben:
Ladung im Feld eines Plattenkondensators
- konstantes Schwerefeld

- konstante, verzögernde Kraft Fg entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers bremst den Körper ab.
- konstantes E-Feld

- konstante, verzögernde Kraft Fel entgegen der Bewegungsrichtung der Ladung bremst die Ladung ab.
Kraft und Verzögerung - Schwerefeld Kraft und Verzögerung - E-Feld
Könnte man die Gravitation "abschalten", dann würde sich die Kugel mit konstanter Geschwindigkeit v0 gleichförmig nach oben bewegen. Wenn man das Feld abschaltet (keine Spannung am Kondensator angelegt), dann bewegt sich die Ladung mit konstanter Geschwindigkeit v0 gleichförmig nach oben.
Dann würde gelten:
Schwerefeld "abgeschaltet"!
Dann gilt:
elektrisches Feld abgeschaltet
Mit Gravitation wird die Geschwindigkeit und der zurückgelegte Weg aber kleiner (Superpositionsprinzip):
Überlagerung von zwei Bewegungen
Mit elektrischem Feld wird die Geschwindigkeit und der zurückgelegte Weg aber kleiner (Superpositionsprinzip):
Überlagerung von zwei Bewegungen
Im Augenblick des Umkehrens kommt der Körper kurz zur Ruhe, also gilt:
Zeitpunkt der Umkehr
Im Augenblick des Umkehrens kommt die Ladung kurz zur Ruhe, also gilt:
Zeitpunkt der Umkehr
Für den Umkehrpunkt s gilt:
Umkehrpunkt
Für den Umkehrpunkt s gilt:
Umkehrpunkt
 
  • Ist s > Plattenabstand d, dann kommt die Ladung durch den Kondensator.

  • Ist s <  d, dann kehrt die Ladung um!

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Physlets am Davidson College

Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA externer Link  (Copyright Hinweise)
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