Auf­ga­ben zur Be­we­gung von La­dun­gen durch einen Ge­schwin­dig­keits­fil­ter

Fra­gen zur Be­we­gung von La­dun­gen durch einen Ge­schwin­dig­keits­fil­ter

1. Auf­ga­be (leicht):

Haben ein­fach po­si­tiv ge­la­de­ne Koh­len­stoff­ato­me eine zu den Fel­dern in Ab­bil­dung 36 pas­sen­de Ge­schwin­dig­keit, durch­flie­gen sie den Ge­schwin­dig­keits­fil­ter un­ab­ge­lenkt und ver­las­sen ihn durch die Loch­blen­de (siehe Abb. 36). Neben den ein­fach ge­la­de­nen drin­gen aber auch zwei­fach ge­la­de­ne Koh­len­stof­fio­nen mit der glei­chen Ge­schwin­dig­keit in den Wien­fil­ter ein. Diese C²⁺-Teil­chen

2. Auf­ga­be (leicht):

Po­si­tiv ge­la­de­ne Koh­len­stof­fio­nen haben die zu den Fel­dern in Abb. 36 pas­sen­de Ge­schwin­dig­keit, so dass sie den Ge­schwin­dig­keits­fil­ter un­ab­ge­lenkt durch­flie­gen. An­de­re po­si­tiv ge­la­de­ne Teil­chen, die aber das glei­che Ver­hält­nis q/m haben wie die Koh­len­stof­fio­nen, haben aber die glei­che Ge­schwin­dig­keit.

3. Auf­ga­be (sehr schwer):

Elek­tro­nen tre­ten gemäß der Abb. 36a in den Ge­schwin­dig­keits­fil­ter ein und haben eine Ge­schwin­dig­keit, die so ge­wählt ist, dass sie sich un­ab­ge­lenkt durch ihn be­we­gen und ihn schließ­lich durch Loch­blen­de L2 wie­der ver­las­sen.

Jetzt tre­ten diese Elek­tro­nen, wie in Abb. 36b ge­zeigt, mit der glei­chen Ge­samt­ge­schwin­dig­keit etwas schräg in den Ge­schwin­dig­keits­fil­ter ein. Diese Elek­tro­nen...

4. Auf­ga­be (leicht)

Am Kon­den­sa­tor eines Wien­fil­ters mit dem Plat­ten­ab­stand 5 cm liegt eine Span­nung von 100 V an und die ma­gne­ti­sche Fluss­dich­te be­trägt 20 mT. Be­rech­nen Sie die Ge­schwin­dig­keit, bei der die Ionen den Fil­ter un­ab­ge­lenkt pas­sie­ren. Bitte geben Sie Ihr Er­geb­nis mit min­des­tens drei si­gni­fi­kan­ten Stel­len und De­zi­mal­punkt an (Bei­spiel: 2.43E5 statt 2,43•10⁵).

5. Auf­ga­be (leicht)

Der Kon­den­sa­tor eines Wien­fil­ters hat einen Plat­ten­ab­stand von 5 cm und die ma­gne­ti­sche Fluss­dich­te be­trägt 20 mT. Die Ionen mit einer Ge­schwin­dig­keit von 1.20•10⁶ m/s sol­len den Fil­ter un­ab­ge­lenkt pas­sie­ren. Be­rech­nen Sie die Span­nung, die dazu am Kon­den­sa­tor an­ge­legt wer­den muss. Bitte geben Sie Ihr Er­geb­nis mit min­des­tens drei si­gni­fi­kan­ten Stel­len und De­zi­mal­punkt an.

6. Auf­ga­be (mit­tel)

Am Kon­den­sa­tor eines Wien­fil­ters mit dem Plat­ten­ab­stand 5 cm liegt eine Span­nung von 700 V an. Ionen mit einer Ge­schwin­dig­keit von 5.00•10⁶ m/s sol­len den Fil­ter un­ab­ge­lenkt pas­sie­ren. Das Ma­gnet­feld wird durch eine Helm­holz­spu­le er­zeugt wird, deren Ei­gen­schaft in Ab­bil­dung 37 dar­ge­stellt wird.

Be­stim­men Sie die dazu pas­sen­de Strom­stär­ke durch die Spule. Bitte geben Sie Ihr Er­geb­nis mit min­des­tens drei si­gni­fi­kan­ten Stel­len und De­zi­mal­punkt an.

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Nütz­li­che Sei­ten:

• Hier phy­si­ka­li­sche Kon­stan­ten
• Eine Ani­ma­ti­on zur Be­we­gung von Ionen im B-Feld: Lor­entz-Kraft - Teil­chen­bah­nen
• Die Lorentz­kraft auf be­weg­te Punkt­ladungen ist hier gut dar­ge­stellt: Lor­ent­z­kraft
• Die Be­we­gung von Elek­tro­nen im ho­mo­ge­nen Ma­gnet­feld: Fa­den­strahl­rohr
• Eine Si­mu­la­ti­on zum Wien­fil­ter fin­den Sie auf der fol­gen­den Seite: WIEN-Fil­ter
• In der Pra­xis sind bei Elek­tro­nen­strah­len manch­mal "un­er­klär­li­che" Strahl­ver­läu­fe fest­zu­stel­len. Diese kön­nen even­tu­ell aber durch einen schrä­gen Ein­tritt von Elek­tro­nen in den Ge­schwin­dig­keits­fil­ter er­klärt wer­den: Schrä­ger Ein­fall

 

Wei­ter zu Schrä­ger Ein­tritt