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Atomphysik, Kernphysik Radioaktivität - VCDforStudy

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8.1.1 Grundlagen der

8.1.1 Grundlagen der Atom- und Quantenphysik 8.1.1.3 e/m-Bestimmung (Fadenstrahlröhre) Fadenstrahlröhre 84 81 420 zur Untersuchung der Ablenkung von Elektronenstrahlen in magnetischen Feldern, speziell zur quantitativen Bestimmung der spezifischen Elektronenladung e/m im homogenen Magnetfeld des Helmholtz-Spulenpaares (z.B. 84 81 500). In einem kugelförmigen Kolben befindet sich ein Elektronenstrahlsystem, das aus einer indirekt geheizten Oxidkathode, einer mit einem Loch versehenen Anode und einem Wehneltzylinder besteht. Außerdem enthält der Kolben das Edelgas Neon mit einem Restgasdruck von ca. 1,3 Pa. Die Gasatome werden durch die Elektronen ionisiert und zum Leuchten angeregt. So entsteht ein sichtbarer Strahl längs der Flugbahn der Elektronen. Im homogenen Magnetfeld des Helmholtz-Spulenpaares kann der Fadenstrahl auf eine geschlossene Kreisbahn abgelenkt werden. Meßmarken im Innern der Röhre ermöglichen eine genaue und parallaxenfreie Einstellung des Kreisdurchmessers. Die Röhre ist auf einer Sockelplatte befestigt und kann aus dem Helmholtz-Spulenpaar entnommen werden. Anodenspannung: +200 ... 400 V Heizspannung: 6 ... 10 V~ Wehneltspannung: 0 ... -30 V Anodenstrom: < 0,3 mA Heizstrom: 300 ... 450 mA Fadenstrahl-Kreis: d = 20 ... 120 mm Abstand der Meßmarken: 20 mm Kolbendurchmesser: d = 160 mm Gesamthöhe einschl. Sockelplatte: h = 260 mm Sockelplatte: 115 mm x 115 mm x 35 mm Masse: ca. 820 g Fadenstrahlröhre, einzeln 84 81 440 als Ersatz, zum Selbsteinbau. Literatur: Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons 84 81 420.31 4 Seiten. Gerätebedarf zur Durchführung des Versuchs "Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons" 1 Fadenstrahlröhre, d = 160 mm 84 81 420 1 Helmholtz-Spulenpaar 84 81 500 1 DC-Netzgerät, 0 ... 300 V 85 21 371 1 Netzgerät, 0...24 V; 0...6 A 85 21 149 1 Magnetfeldmeßgerät (Option) 85 33 971 2 Vielfachmeßgeräte ESCOLA 10 85 31 160 6 Experimentierkabel, 75 cm, rot 87 11 300 1 Experimentierkabel, 75 cm, blau 87 11 310 1 Experimentierkabel, 75 cm, grün 87 11 340 1 Stabmagnet (Option) 84 91 820 8 - 6

8.1.1 Grundlagen der Atom- und Quantenphysik Helmholtz-Spulenpaar 84 81 500 zur Erzeugung eines weitgehend homogenen Magnetfeldes. Zwei Einzelspulen sind mittels dreier Querstege parallel zueinander angeordnet. Die Spulen sind freitragend gewickelt, wobei eine innere Verklebung sie besonders formbeständig macht. Die Einzelspulen können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Zur e/m-Bestimmung wird die Fadenstrahlröhre 84 81 420 in das Helmholtz-Spulenpaar hineingestellt, so daß der sichtbare Strahl längs der Flugbahn der Elektronen senkrecht zum homogenen Magnetfeld steht. Sie ist mit der Spulenanordnung nicht fest verbunden, so daß das Helmholtz-Spulenpaar auch für andere Versuche eingesetzt werden kann. Das Magnetfeld kann mit der Hallsonde der Magnetfeldmeßgeräte 85 339 71 oder 85 33 981 gemessen werden. Zur Halterung der Sonde ist am oberen Quersteg eine Klemmfeder angebracht. Spulendurchmesser: d = 295 mm Windungszahl: je 124 Windungen Spulenabstand: 150 mm Material: Kupferlackdraht Drahtdurchmesser: d = 1,5 mm Widerstand: 1,2 Ω Spulenstrom: max. 5 A Spulenspannung: max. 6 V– Magnetische Induktion: B = 3,7 mT bei 5 A Masse: ca. 4,1 kg Weitere Versuchsmöglichkeiten mit dem Helmholtz-Spulenpaar: Induktion und Schwebung, durchgeführt mit dem Drehrahmen 84 81 510 e/m-Bestimmung nach Busch mit dem Lehroszilloskop 84 81 350 Versuche mit dem Elektronenspinresonanzgerät 84 84 710 Zusätzlich erforderlich: DC-Netzgerät 12 V 85 21 260 oder Nickel-Cadmium-Stahlbatterie; 7,2 V 85 21 640 und Schiebewiderstand 10 Ω; 6,5 A 84 91 950 Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons nach der Busch’schen Methode Das Lehroszilloskop wird in den Zwischenraum des Helmholtz-Spulenpaares gebracht, so daß seine Hauptachse mit der Achse der Helmholtzspulen übereinstimmt. An die Ablenkplatten des Lehroszilloskops wird eine Sägezahnspannung angelegt, so daß auf dem Bildschirm ein ruhiger, waagerechter Strich erscheint. Bei einer zuvor eingestellten Anodenspannung läßt man jetzt einen Gleichstrom durch die Helmholtzspulen fließen und stellt die Stromstärke so ein, daß der Strich zu einem Punkt konzentriert wird. Durch die Meßwerte für die Anodenspannung und den Spulenstrom läßt sich die spezifische Ladung des Elektrons e/m bestimmen. Gerätezusammenstellung zur Durchführung des Versuches: Lehroszilloskop mit Sägezahngenerator 84 31 350 DC-Netzgerät 0 ... 300 V DC 85 21 371 AC/DC-Netzgerät 0 ... 20 V AC / 0 ... 15 V DC; 5 A 85 21 120 Helmholtz-Spulenpaar 84 81 500 Vielfachmeßgerät ESCOLA 10 (2x) 85 31 160 diverse Verbindungsleitungen 8 - 7

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