Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

Elektrodynamik 65
2
r = =
q⋅E E
2
m⋅v ⋅U
mit U als Plattenspannung des Spektrometers und E als elektrische Feldstärke.
Im elektrischen Feld erfolgt also eine Energie–Selektion.
Besonders gute Massentrennung wird erzielt, wenn beide Felder in sog.
doppelfokussierenden Massenspektrometern eingesetzt werden.
5.3.10 Wien’sches Geschwindigkeitsfilter
Tritt ein positiv geladenes Teilchen
+q von links in eine nebenskizzierte
Feldanordnung aus gekreuztem E-
und B-Feld ein, so wirkt die
elektrische Kraft q·E nach unten
und die magnetische Kraft q·v x B
nach oben. Die Kräfte heben sich
gerade dann auf, wenn
q·E = q·v x B, d.h. die
Geschwindigkeit v gerade
E
v =
B
ist. Damit durchqueren alle Teilchen dieser Geschwindigkeit dieses Gebiet ohne
Ablenkung, egal welche Masse oder Ladung sie besitzen.
5.3.11 Hall-Effekt
Mikroskopisch betrachtet wirkt die Lorentzkraft auf die bewegten Ladungsträger,
die Elektronen, die diese Kraft auf das Leitermaterial übertragen. Die Elektronen
werden also in Richtung einer Seite des Leiters in Richtung Leiteroberfläche
beschleunigt. Die daraus resultierende Ladungstrennung (Elektronen vs. pos.
Ionenrümpfe) in einem stromdurchflossenen Leiter wird Hall-Effekt genannt.
Über den Hall-Effekt lassen sich eindeutig die Elektronen als die eigentlichen
Ladungsträger von Strömen identifizieren (und nicht etwa positive Ladungen):
Hall-Effekt in einem Metallstreifen: Das Magnetfeld B zeigt in die Papierebene
(Kreuze). Sowohl auf positive Ladungsträger +q (a), die sich von links nach
rechts bewegen, als auch auf negative Ladungsträger –q (b), die sich mit der
Driftgeschwindigkeit vd von rechts nach links bewegen, übt das Magnetfeld eine
nach oben gerichtete Lorentzkraft FL aus (Rechte-Hand-Regel). Dies führt zu
einer Ladungstrennung, die ihrerseits eine Akkumulation von Ladungen auf der
Streifenoberfläche zur Folge hat: Die Potenzialdifferenz zwischen oberem und
unterem Rand des Streifens ist die sog. Hall-Spannung UH