Das Geschwindigkeitsfilter nach Wien.
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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!
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 )
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!
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 )
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?
Wähle nun wieder 2,88 mT als Flussdichte und als Geschwindigkeit 10*106 m/s.
- Begründe die Bahn, die das Elektron durchläuft.
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?
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!
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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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets
von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA |