Elektrizitätslehre

Bewegte Ladungen in Feldern

Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld

  • Wie funktioniert eine Bildröhre?
  • Warum schützt das Erdmagnetfeld vor kosmischer Strahlung?
  • Wie funktionieren Teilchenbeschleuniger?
  • Kann man die Masse von Elektronen messen?
  • Wie groß ist die kleinste Ladung?

Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Geladene Teilchen, die in einem elektrischen Feld ruhen, werden in Richtung der Feldlinien beschleunigt.

  • Geladene Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien eines elektrischen Feldes bewegen, werden in Bewegungsrichtung (d.h. in Richtung der Feldlinien) beschleunigt oder abgebremst. Ist das Feld homogen, so ist die Beschleunigung oder Abbremsung gleichmäßig.

Die folgende Simulation zeigt dir das Verhalten eines geladenen Teilchens, das sich in einem homogenen elektrischen Feld befindet. Dabei kann das Teilchen beim Start der Animation entweder im Feld ruhen (\({v_{x,0}} = 0\)) oder aber sich mit einer Anfangsgeschwindigkeit \({v_{x,0}} \ne 0\) parallel zu den Feldlinien bewegen. Du kannst außerdem die elektrische Feldstärke \(E\), die Masse \(m\) und die Ladung \(q\) des Teilchens sowie dessen Startort \(x_0\) verändern, so dass sich verschiedene Situationen beobachten lassen.

Außerdem hast du die Möglichkeit, dir weitere physikalische Größen anzeigen zu lassen.

Elektrisches Feld
E
Teilchen
m
q
xo
vx,o
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
1 Geladene Teilchen im elektrischen Längsfeld

Drei Situationen sind in der Praxis von besonderer Bedeutung:

  • Mit den Einstellungen \(E < 0\), \(m\) klein, \(q < 0\), \({x_0} = 0\) und \({v_{x,0}} = 0\) zeigt die Animation, wie mit Hilfe von elektrischen Feldern Elektronenstrahlen erzeugt werden. Dabei werden Elektronen, die aus einem negativ geladenen Glühdraht austreten und fast ruhen, zu einer positiv geladenen Platte hin beschleunigt. Die Elektronen können durch ein kleines Loch durch die Platte hindurch, so dass man hinter der Platte mit den Elektronen experimentieren kann. Auch zukünftige Antriebe von Raumschiffen sollen auf diesem Prinzip beruhen.

  • Mit den Einstellungen \(E > 0\), \(m\) mittel, \(q > 0\), \({x_0} = 0\) und \({v_{x,0}} > 0\) zeigt die Animation, wie mit Hilfe von elektrischen Feldern in Teilchenbeschleunigern Protonen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.  Dabei treten die Protonen bereits mit einer hohen Geschwindigkeit parallel zu den Feldlinien in das elektrische Feld ein und werden in Richtung der Feldlinien weiter beschleunigt.

  • Mit den Einstellungen \(E>0\), \(m\) klein, \(q \ll 0\), \({x_0} = 0\) und \({v_{x,0}} \gg 0\) zeigt die Animation, wie mit Hilfe eines geeignet gerichteten elektrischen Feldes Elektronen, die bereits eine bestimmte Geschwindigkeit besitzen, abgebremst werden können. Deshalb erreichen sie möglicherweise die geladenen Platte, auf die sie sich zubewegen, nicht mehr. Ein solches Feld nennt man dann ein Gegenfeld. In der Atomphysik spielen Gegenfelder zur Bestimmung der Geschwindigkeit geladener Teilchen eine große Rolle.

Druckversion