Die spezifische Elektronenmasse 1 Aufbau des Fadenstrahlrohrs 2

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Die spezifische Elektronenmasse (1) Aufbau des Fadenstrahlrohrs (2) Geschwindigkeit der Elektronen Das Fadenstrahlrohr ist

Die spezifische Elektronenmasse (1) Aufbau des Fadenstrahlrohrs (2) Geschwindigkeit der Elektronen Das Fadenstrahlrohr ist eine kugelförmige Röhre, die mit einer Elektronenkanone bestückt ist. Die Kathode wird beheizt, so dass Elektronen austreten können (Edison-Effekt). Legt man nun eine Anodenspannung Ua in der dargestellten Weise zwischen Kathode und Anode, so werden die Elektronen zur Anode hin beschleunigt. Ein negativ aufgeladener Wehnelt-Zylinder (hier nicht gezeichnet) fokussiert die Elektronen auf ein Loch an der Spitze der Anode, so dass sie die Anordnung als Elektronenstrahl nach oben hin verlassen. Der Strahl wird durch ein sehr dünnes Wasserstoffgas, das die Röhre erfüllt, sichtbar gemacht: Einzelne Elektronen, die von Wasserstoffmolekülen abgebremst werden, veranlassen diese zur Aussendung von violettem Licht. Aufgrund der Beschleunigung durch die Anodenspannung besitzen die Elektronen des Strahls die kinetische Energie

Die spezifische Elektronenmasse (3) Die Elektronenbahn im Magnetfeld Mit Hilfe eines Paars von Helmholtz-Spulen

Die spezifische Elektronenmasse (3) Die Elektronenbahn im Magnetfeld Mit Hilfe eines Paars von Helmholtz-Spulen wird nun ein homogenes Magnetfeld erzeugt, das die Anordnung senkrecht zur Strahlrichtung durchdringt. Dadurch werden die Elektronen auf Kreisbahnen gezwungen! Durch das senkrecht zur Geschwindigkeit der Elektronen gerichtete Magnetfeld der Flussdichte B erfahren die Elektronen nämlich die Lorentzkraft die stets senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt. Diese Kraft ist somit die Zentripetalkraft der Kreisbewegung. Für ihren Betrag gilt also: Ist r der Radius der Kreisbahn, so folgt Die Geschwindigkeit der Elektronen kann mit (1) aus der Anodenspannung bestimmt werden. Man erhält so Quadrieren der beiden Seiten der Gleichung liefert

Die spezifische Elektronenmasse (4) Die Messung Nach Einschalten wird die Anodenspannung auf 250 V

Die spezifische Elektronenmasse (4) Die Messung Nach Einschalten wird die Anodenspannung auf 250 V eingestellt. Bei einer Stromstärke von 1, 9 A durch die Helmholtz-Spulen sieht man, dass die Elektronen eine Kreisbahn durchlaufen. Mit Hilfe einer Hall-Sonde misst man das annähernd homogene Magnetfeld im Bereich des Fadenstrahlrohrs: Der Durchmesser der Kreisbahn wird mit Hilfe eines Spiegels hinter dem Fadenstrahlrohr und einer Skala mit zwei Schiebern davor bestimmt, indem man die Elektronenbahn, ihr Spiegelbild und den Schieber zur Deckung bringt. Dies geschieht an zwei gegenüber liegenden Punkten der Kreisbahn. Der Abstand der Schieber beträgt 8, 2 cm. Der Kreisbahnradius ist also Damit ergibt sich: Die elektrische Elementarladung ist aus den Ergebnissen des Millikan-Versuchs bekannt. Man kann also auch die Elektronenmasse berechnen: