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Lorenzkraft auf Elektronen

Einleitung:
Mit diesem Versuch soll die Kraftwirkung auf die stromdurchflossene Leiterschleife genauer untersucht werden. In der Leiterschleife fließen Elektronen. Jetzt untersuchen wir, was mit einzelnen Elektronen in einem Magnetfeld passiert.

Versuchsaufbau, Versuchsskizze und Geräte:

Außerdem wird ein Helmholtzspulenpaar zur Erzeugung des homogenen Magnetfeldes und eine Spannungsquelle zur Bereitstellung des variablen Erregerstromes verwendet.

Versuchsdurchführung:
Zuerst wird die Heizspannung eingeschaltet und die Beschleunigungsspannung auf 1500V eingestellt.
Anschließend wird die Spannungsquelle für den Erregerstrom eingeschaltet und die Stromstärke auf 2,5A eingestellt.
Der Erregerstrom wird variiert bei konstanter Beschleunigungsspannung.
Die Beschleunigungsspannung wird variiert bei konstantem Erregerstrom.

Versuchsbeobachtung:
Beim Einschalten der Beschleunigungsspannung wird ein waagerechter Elektronenstrahl sichtbar.



Beim Einschalten der Erregerstromes wird der Strahl kreisförmig nach oben abgelenkt.



Bei einer Vertauschung der Polung des Erregerstromes wird der Elektronenstrahl nach unten abgelenkt.
Bei einer Verringerung/Erhöhung des Erregerstromes wird der Elektronenstrahl weniger/stärker gekrümmt.
Bei einer Verringerung/Erhöhung der Beschleunigungsspannung wird der Elektronenstrahl stärker/weniger gekrümmt.

Versuchserklärung:
Der Elektronenstrahl selbst ist nicht zu sehen, weil die Elektronen zu klein für das menschliche Auge sind. Man kann nur das Leuchten des Leuchtschirms an den Stellen sehen, an denen die Elektronen aufschlagen. Ohne Magnetfeld fliegen die Elektronen im Vakuum der Röhre immer nur geradeaus.

Der Erregerstrom erzeugt im Helmholtzspulenpaar ein homogenes Magnetfeld. In dem Magnetfeld wirkt auf die einzelnen Elektronen des Elektronenstrahls eine Kraft. Diese Kraft steht sowohl senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Elektronen als auch senkrecht zu den magnetischen Feldlinien, sie wird LORENTZKRAFT genannt. Die Richtung der Lorentzkraft auf bewegte Elektronen im Magnetfeld lässt sich mit Hilfe der 3-Finger-Regel der linken Hand bestimmen:
Der Daumen zeigt in die Bewegungsrichtung der Elektronen, der Zeigefinger in die Richtung der magnetischen Feldlinien und der Mittelfinger in Richtung der Lorentzkraft F_L. Weil sich ständig die Richtung der Flugbahn ändert, ändert sich auch die Richtung der Lorentzkraft. Es ergibt sich deshalb eine kreisförmige Bahn. Auf dem Leuchtschirm ist ein Segment dieser Bahn zu sehen.



Fazit:
Bewegen sich Elektronen durch Magnetfelder so wirkt auf sie die Lorentzkraft F_L. Die Richtung der Lorentzkraft ergibt sich mit der 3-Finger-Regel der linken Hand.
Die Leiterschleife im letzten Versuch hat sich also bewegt, weil auf die Elektronen in ihr die Lorentzkraft wirkte.

Diese Seite wurde von Emre Sönmez erstellt mit einigen Ergänzungen durch Herrn Ecker 17.2.2014