Das Geschwindigkeitsfilter nach Wien.

Fragen / Aufgaben:

1.) Ganz ohne Felder.

Zunächst soll weder ein elektrisches Feld, noch ein magnetisches Feld wirken. (Regler Uc und B sind am linken Anschlag)

• Welche Art Bewegung führt das Elektron aus?
• Wie lange benötigt es bei 5*10⁶ m/s bzw. bei 10*10⁶ m/s durch den 6 cm langen Plattenkondensator?
• Rechne nach!

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2.) Nur ein elektrisches Feld wirkt ein.

Stelle am Regler Uc eine Spannung von 60 V ein.

• In welche Richtung wirkt das elektrische Feld im Plattenkondensator?
• In welche Richtung wirkt die el. Feldkraft auf das Elektron?
• Was für eine Bahn durchläuft das Elektron?
• Bei welchen Spannungen Uc kommt das Elektron durch den Kondensator?
• Bei welchen Spannungen trifft es auf die Platte auf?
• Bei welcher Spannung liegt die Grenze? Rechne nach!

( Konstanten: e = 1,6*10^-19 C, m = 9,1*10^-31 kg )

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3.) Nur ein magnetisches Feld wirkt ein.

Regle die Spannung am Kondensator Uc wieder auf 0 und erhöhe die magnetische Flussdichte (Regler B).

• Was für eine Bahnkurve durchläuft das Elektron nun? Begründe!

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Wähle als Flussdichte genau 1,44 mT.

• Was für eine Bahnkurve durchläuft das Elektron jetzt?
• In welche Richtung weist die Lorentzkraft?
• Wo liegt der Mittelpunkt der Bahn?
• Zeige durch Rechnung, dass der Radius r gerade etwa 0,02 m ist.

( Konstanten: e = 1,6*10^-19 C, m = 9,1*10^-31 kg )

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Wähle nun als Flussdichte 2,88 mT. (Schreibe diesen Wert in das Eingabefeld rechts vom B-Regler)

• Was für eine Kurve durchläuft das Elektron nun? Begründe!
• Wie ändert sich die Kurve, wenn der Wert für die magnetisch Flussdichte B noch weiter erhöht wird?

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Wähle nun wieder 2,88 mT als Flussdichte und als Geschwindigkeit 10*10⁶ m/s.

• Begründe die Bahn, die das Elektron durchläuft.

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4.) Beide Felder wirken.

Klicke nun das Auswahlkästchen bei "Zeige Kräfte" an. Stelle den Regler für B auf 0,8 mT. Die Geschwindigkeit ist wieder 5*10⁶ m/s.

• Bei welcher Spannung am Kondensator läuft das Elektron praktisch unabgelenkt durch den Kondensator?
• Was geschieht, wenn das el. Feld größer gemacht wird (Uc) erhöht?
• Was geschieht, wenn die magnetische Flussdichte B größer gemacht wird (B erhöht)?
• Welche Bedingung (Gleichung) muss erfüllt sein, damit das Elektron geradeaus durch den Kondensator läuft?

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Wähle eine Einstellung von Uc und B bei der Elektronen mit 5*10⁶ m/s unabgelenkt durch den Kondensator laufen. Verdopple nun die Geschwindigkeit.

• Wie verändern sich die Kräfte und die Bahn des Elektrons? Begründe!

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5.) Seltsame Bahnkurven.

Wähle für eine Geschwindigkeit von 5*10⁶ m/s die Einstellungen für Uc = 150 V und B = 1,7 mT.

• Kannst du die seltsame Bahn des Elektrons verstehen?
• Versuche weitere Einstellungen zu finden, bei denen sich das Elektron "seltsam" verhält.

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