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Fadenstrahlrohr zur Bestimmung der spezif. Elektronenladung e/m

Atomphysik At 1.5

     -F -e/m

Stichwörter:
Fadenstrahlrohr, e/m, magnetisches Feld, Betastrahl-Spektrometer

Zweck:
Bestimmung der spezifischen Elektronenladung e/m und andere Versuche zur elektrostaischen und magnetischen Ablenkung von Elektronenstrahlen.

Ort: G 0.42

1. Beschreibung

1.1 Fadenstrahlrohr Wasserstoffgefülltes, kugelförmiges Rohr, ø ca. 175 mm, mit Elektronenstrahlsystem, bestehen aus indirekt beheizter Oxydkathode, Wehneltzylinder und Anode; außerdem ist ein Plattenpaar zur elektrostatischen Strahlablenkung eingebaut. Die Anschlüsse der Elektroden und Ablekplatten sind an einen 6poligen Röhrensockel geführt. Der Druck in dem Rohr ist so eingestellt, dass der von diesem System erzeugte Elektronenstrahl bei einer Anodenspannung von 200-300 V auf der ganzen Länge scharf gebündelt bleibt.

1.2 Helmholtz-Spule Grundbrett mit Helmholtz-Spule zur Halterung und zum elektrischen Anschluss des Fadenstrahlrohres und zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes für die e/m-Bestimmung. Die elektrischen Anschlussbuchsen für Kathode, Anode, Wehnelt-Zylinder, Heizfaden und elektrostatische Ablenkplatten sind in einem Kasten untergebracht, der als Ausgang ein Vielfachkabel mit einem 6poligen, zum Fadenstrahlrohr passenden Stecker besitzt. Außerdem sind in diesem Kasten auch passende Schutzwiderstände zur Begrenzung des Emissionsstromes eingebaut. Die Helmholtz-Spule besteht aus 2 Einzelspulen von je 130 Windungen und 150 mm Radius, in 150 mm Entfernung voneinander. Sie ist bis ca. 5 A belastbar.

2. Allgemeines

Die Bewegungsgesetzte der Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern können besonders anschaulich mit einem als "Fadenstrahl" sichtbar gemachten Elektronenstrahl gezeigt werden.

Dieser Fadentrahl entsteht als gaskonzentrischer Elektronentrahl in Vakuumröhren mit sehr genau eingestelltem Gasdruck. Er erzeugt auf seinem Wege positive Gas-Ionen, die ihn wie ein Schlauch einhüllen, sein Auseinanderdiffundieren verhindern und gleichzeitig durch ihr Leuchten seinen Verlauf anzeigen.

Man erhält auf diese Weise einen gut sichtbaren, scharfen Strahl, der wegen seiner niedrigen Geschwindigkeit leicht ablenkbar ist und keine Röntgenstrahlen erzeugt.

3. Versuche 3.1 Ablenkung des Elektronenstrahles im homogenen Magnetfeld Die Bewegungsrichtung der Elektronen steht in jedem Augenblick senkrecht zu dem Magnetfeld und der Strahl wird zu einem vollständigen Kreis umgebogen. Aus dem Durchmesser der Kreisbahn, der Beschleunigungsspannung der Elektronen und der Kraftflußdichte des Magnetfeldes (Das homogene Magnetfeld mit der Helmholtz-Spule erzeugt. Die Kraftflußsichte lässt sich aus dem Strom und den Daten der Spule berechnen oder mit einem ballistischen Galvanometer direkt messen.) läßt sich die spezifische Elektronenladung e/m bestimmen. 3.2 Ablenkung eines elektronischen Stromes in magnetischen Feldern Die im Elementarunterricht gezeigten Versuche über die Wirkung eines magnetischen Feldes auf einen elektrischen Strom in einem Draht können hier mit besonderer Deutlichkeit wiederholt werden, wei lder Fadenstrahl einen praktisch materiefreien elektrischen Strom darstellt. 3.3 Ablenkung eines Elektronentrahles in elektrischen Gleich-und Wechselspannungsfeldern zur Erläuterung des Prinzips der Braunschen Röhren und der Kathodenstrahl-Oszillografen 3.4 Modell eines Betastrahl-Spektrometers Man lässt den Elektronenstrom durch ein homogenes Magnetfeld hindurchtreten, so dass er zu einem Kreis gebogen wird. Gleichzeitig ändert man seine Anfangsichtung durch ein Wechselfeld an den Ablenkplatten oder seine Anfangsgeschwindigkeit durch einen Wechsel der Bescheunigungsspannung. Es zeigt sich, dass die Anordnung richungs- und geschwindigkeitsfokussierend wirkt.

Fadentrahl im homogenen Magnetfeld der Helmholtz-Spule Schraubenbahn eines Elektronenstrahls im homogenen Magnetfeld