Aufgaben zur Bewegung von Ladungen durch einen Geschwindigkeitsfilter
Fragen zur Bewegung von Ladungen durch einen Geschwindigkeitsfilter
Abbildung 36: Die Bewegung innerhalb des Kondensatorraums bei gekreuzten Feldern. Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Geschwindigkeitsfilter( CC0 1.0 Universell)
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
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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.
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3. Aufgabe (sehr schwer):
Abb. 36a: Elektronen durchqueren den Kondensator unabgelenkt. Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
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.
Abb. 36b: Elektronen fliegen schräg in den Geschwindigkeitsfilter ein. Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
Jetzt treten diese Elektronen, wie in Abb. 36b gezeigt, mit der gleichen Gesamtgeschwindigkeit etwas schräg in den Geschwindigkeitsfilter ein. Diese Elektronen...
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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).
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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.
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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.
Abb. 37: Die magnetische Flussdichte der Helmholtzspule. Die rote Gerade stellt die Ausgleichsgerade dar. Zum Vergrößern bitte die Abbildung anklicken. Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
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
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- 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
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