Ph 12

Technik

Kathodenstrahlversuche von Lenard

Der deutsche Physiker Philipp Lenard experimentierte bei Heinrich Hertz in Bonn (1892) sehr intensiv mit Kathodenstrahlröhren. Diese evakuierten Glasröhren enthielten zwei Elektroden, die Kathode K und die Anode A. Legte man den Minuspol einer Hochspannungsquelle an K und den Pluspol an A, so trat aus K eine Strahlung aus (Kathodenstrahlen; später als "Elektronen" bezeichnet), die zu A hin beschleunigt wurde. Die Elektronen konnten die Glasröhre nicht durchdringen, ihre Reichweite war auf die Glasröhre beschränkt.

Lenard baute nun in eine herkömmliche Kathodenstrahlröhre ein Fenster ein, welches er mit einer sehr dünnen (3μm - 5μm) Aluminiumfolie luftdicht abschloss. Damit die Folie durch den hohen Druckunterschied zwischen Außen- und Innenseite nicht zerstört wurde, stabilisierte sie Lenard durch ein Gitter. Die an die Kathodenstrahlröhre angelegte Hochspannung (HQ) wurde durch einen sogenannten Funkeninduktor erzeugt.

Es zeigte sich, dass die Elektronen durch das Lenardfenster aus der Röhre treten konnten, also die mehrere Tausend Atomschichten dicke Metallfolie durchdringen konnten. In der Luft ergaben sich dann Fluoreszenzerscheinungen.


Untersuchung der Schwächung von Elektronenstrahlung durch verschiedene Metallfolien

 

Lenard untersuchte sehr ausführlich die Absorption der Elektronenstrahlung durch verschiedene Metallfolien und Gasschichten bei den unterschiedlichsten Elektronenenergien. Dabei kam er zu den folgenden Versuchsergebnissen:

  • Elektronen können Metallfolien mit einer Dicke von mehreren Tausend Atomschichten durchdringen. Die Zahl N der während des Versuchs ungestreut durch die Folie gehenden Elektronen verringert sich mit der Dicke x der Folie nach dem Exponentialgesetz:

No: Zahl der Elektronen vor der Folie
x: Foliendicke
α: Absorptionskoeffizient [α] = m-1

Die Herleitung dieses Exponentialgesetzes aus einfachen Annahmen finden Experten auf der folgenden Seite: Exponentialgesetz


Untersuchung der Schwächung von Elektronenstrahlung durch verschiedene Gasschichten

  • Bei vorgegebenem Streumaterial nimmt der Absorptionskoeffizient α mit zunehmender Elektronengeschwindigkeit stark ab. D.h. schnellere Elektronen sind durchdringender. Diese Erkenntnis führte schließlich zum Vorläufer des rutherfordschen Atommodells, dem von Lenard entwickelten Dynamidenmodell.

    Die nebenstehende Abbildung zeigt einen kleinen Ausschnitt aus den Absorptionsmessungen Lenards:
    Auf der Hochwertachse ist der Quotient aus Absorptionskoeffizient und Dichte aufgetragen. Dabei bedeuten die rot geschriebenen Zehnerpotenzen, mit welchem Faktor dieser Quotient α/ρ bei der jeweiligen Kurve multipliziert werden muss.
    Auf der Rechtswertachse ist der Quotient aus Elektronengeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit aufgetragen.

Funkeninduktor
Exponentialgesetz