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Elektronenbeugung als Nachweis von Materiewellen

Geräte und deren Funktion:

Elektronenbeugungsröhre, Spannungsquelle für die Heizspannung, Gleichspannungsquelle für die Beschleunigungsspannung

Versuchsaufbau:

Wer hat noch ein Foto von dem Versuchsaufbau?




Elektronenbeugungsröhre gezeichnet von A.N.


Versuchsdurchführung:

Zuerst wird die Heizspannung (6,3V Wechselspannung) eingeschaltet. Dann die Beschleunigungsspannung langsam hochgeregelt bis zuerst ein Punkt auf dem Leuchtschirm erkennbar wird. Dann wird die Beschleunigungsspannung weiter erhöht, bis Kreise auf dem Leuchschirm sichtbar werden. Die Durchmesser der Doppelkreise werden bei verschiedenen Beschleunigungsspannungen gemessen.

Versuchsbeobachtungen:

Wer hat noch ein Foto von dem Versuch?

Auf dem Leuchtschirm entstehen mehrere konzentrische Kreise. Es gibt helle sowie auch dunkle Kreise auf dem Leuchtschirm. Die Radien der Kreise variieren je nach Beschleunigungsspannung. Je größer die Beschleunigungsspannung ist, desto kleiner ist der Radius der Kreise auf dem Leuchtschirm.

Versuchserklärung:

Die konzentrischen Kreise auf dem Leuchtschirm sind Interferenzmuster. Dieses Interferenzmuster ist der Beweis, dass Elektronen Welleneigenschaften besitzen.
Die hellen und dunkleren Kreise entstehen dadurch, dass die Wellen miteinander interferieren. Dabei gibt es Verstärkung, Abschwächung oder Auslöschung.
Die Kohlenstoffatome in Graphitkristallen sind in einem wabenartigen Gitter angeordnet. Einige Kohlenstoffatome sind hier in Gelb eingezeichnet. An den Gitterebenen erfolgt die Beugung der Elektronen. Die beiden Gitterebenensysteme stehen senkrecht aufeinander, sie sind gestrichelt dargestellt.


Grafitgitter gezeichnet von A.N.


Die Graphitschicht besteht aus Graphitpulver, in dem die kleinen Kristallite chaotisch angeordnet sind. Das bedeutet, dass es unterschiedlich ausgerichtete Gitteranordnungen gibt, die die Wellen unterschiedlich ablenken. Wenn Elektronen als Materiewellen durch die Graphitfolie dringen, werden sie von den unterschiedlich angeordneten Gittern unterschiedlich abgelenkt. Es gibt praktisch für jede Raumrichtung unter dem Winkel θ einen Punkt auf dem Leuchtschirm, so dass sich ein Kreis ergibt. Dadurch entstehen die konzentrischen Kreise auf dem Leuchtschirm. Mithilfe der Bragg-Gleichung kann man die Wellenlänge der Elektronen bzw. den Abstand der Gitterebenen d1 und d2 bestimmen.

Erstellt von A.N. mit Ergänzungen durch Herrn Ecker 14.12.14

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