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Grundwissen

Geladene Teilchen im magnetischen Querfeld

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Geladene Teilchen, die in einem magnetischen Feld ruhen, erfahren keine Kraft und bleiben in Ruhe.

  • Geladenen Teilchen, die sich senkrecht zu den Feldlinien eines magnetischen Feldes bewegen, erfahren eine Kraft, die senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zu den Feldlinien gerichtet ist und werden in Richtung dieser Kraft beschleunigt. Dabei ändert sich nur die Richtung, nicht aber der Betrag der Geschwindigkeit. Ist das magnetische Feld homogen, so bewegen sich die Teilchen dabei auf einer Kreisbahn.

Aufgaben Aufgaben

Die folgende Simulation zeigt dir das Verhalten eines geladenen Teilchens, das sich in einem homogenen magnetischen Feld befindet. Dabei kann das Teilchen beim Start der Animation entweder im Feld ruhen (\({v_{x,0}} = 0\)) oder aber sich mit einer Anfangsgeschwindigkeit \({v_{x,0}} \ne 0\) senkrecht zu den Feldlinien bewegen. Du kannst außerdem die magnetische Feldstärke (Flussdichte) \(B\), 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.

Magnetisches Feld
B
Teilchen
m
q
xo
vx,o
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
Abb. 1 Geladene Teilchen im magnetischen Querfeld

Eine Situationen ist in der Praxis von besonderer Bedeutung:

  • Mit den Einstellungen \(B \gg 0\), \(m\) klein, \(q\) beliebig, \({x_0} \approx 5{\rm{LE}}\) und \({v_{x,0}} > 0\) zeigt die Animation, wie mit Hilfe von magnetischen Feldern in Teilchenbeschleunigern geladene Teilchen auf einer Kreisbahn gehalten werden. Im LHC am CERN in der Nähe von Genf werden so mit Hilfe von magnetischen Feldern Protonen auf einer Kreisbahn mit mehr als 26 Kilometern Länge gehalten.