Vom deutschen Physiker Wilhelm WIEN (1864-1928) stammt die Idee für den sogenannten WIENschen Geschwindigkeitsfilter, der nur geladene Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit passieren lässt.
Im Alltag werden fast ausschließlich positiv geladene Teilchen (Ionen) durch einen WIENschen Geschwindigkeitsfilter gefiltert. In der Schule wird die Funktionsweise allerdings mit (negativ geladenen) Elektronen demonstriert.
Aufbau
Joachim Herz Stiftung
In einer Elektronenkanone durchlaufen Elektronen eine Beschleunigungsspannung \(U_{\rm{B}}\) und erreichen dadurch die Geschwindigkeit \(v_0 = \sqrt {\frac{2 \cdot e \cdot U_{\rm{B}}}{m_{\rm{e}}}}\).
Dann treten die Elektronen in einen Bereich ein, in dem sowohl ein homogenes elektrisches Feld als auch ein homogenes magnetisches Feld herrscht.
- Das elektrische Feld wird im Innenraum eines Plattenkondensators (Ablenkkondensator) mit dem Plattenabstand \(d\) erzeugt, an dem eine Spannung \(U_{\rm{K}}\) anliegt.
- Das magnetische Feld wird in der Mittelebene eines HELMHOLTZ-Spulenpaares mit dem Spulenradius \(R\) und der Windungszahl \(N\) erzeugt, durch dessen Windungen ein Strom der Stärke \(I_{\rm{S}}\) fließt.
- Die Feldlinien der beiden Felder stehen in diesem Bereich senkrecht zueinander.
- Die Elektronen treten so in diesen Bereich ein, dass ihr Geschwindigkeitsvektor beim Eintritt sowohl senkrecht zu den elektrischen als auch zu den magnetischen Feldlinien steht.
Durchführung
- Regele die an der Glühkathode K anliegende Heizspannung \(U_{\rm{H}}\) hoch, bis du das Leuchten der Glühwendel erkennst.
- Regele die zwischen Kathode K und Anode A anliegende Beschleunigungsspannung \(U_{\rm{B}}\) hoch, bis du den Verlauf des Elektronenstrahls anhand des Leuchtens auf dem Leuchtschirm erkennen kannst.
- Regele die am Ablenkkondensator anliegende Ablenkspannungspannung \(U_{\rm{A}}\) hoch, so dass der Elektronenstrahl parabelförmig verläuft.
- Regele den durch die HELMHOLTZ-Spulen fließenden Strom \(I_{\rm{S}}\) hoch, so dass der Elektronenstrahl wieder gerade verläuft.