Versuch 80

Wir untersuchen den Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern auf die Bahn von Elektronen in einem Fadenstrahlrohr und bestimmen die spezifische Elektronenladung e/m.

Motivationsvideo

(Die in den Videos behandelten Experimente entsprechen nicht unbedingt den Aufgaben in der Versuchsanleitung.)

Versuchsaufbau

Versuchsaufbau mit Fadenstrahlrohr, Kombinationsnetzteil, zwei Digitalmultimetern, Kabeln, Geodreieck.

Fadenstrahlrohr

Das Fadenstrahlrohr besteht aus einem evakuierten und dann mit einem geringen Druck (etwa 10⁻³ mbar) Argon gefüllten Glaskolben. Der Elektronenstrahl wird darin durch ein schwaches bläuliches Leuchten sichtbar, das durch Fluoreszenz der Argon-Atome nach Elektronenstoßanregung entsteht. Der Bahndurchmesser wird auf einer beleuchteten Skala abgelesen, ein Spiegel verhindert Parallaxenfehler.

Die freien Elektronen werden an einer geheizten Kathode durch Glühemission erzeugt und mit einer Anode beschleunigt. Der Elektronenstrahl kann mithilfe der beiden Platten abgelenkt werden. Durch Anlegen einer zusätzlichen Spannung an eine Hilfselektrode (Wehnelt-Zylinder) kann er mehr oder weniger fokussiert werden.

Helmholtz-Spule

Das Fadenstrahlrohr befindet sich im Zentrum einer Helmholtz-Spule, also zwischen zwei identischen kurzen Spulen mit Radius R im Abstand R. Die inhomogenen B-Felder der beiden Spulen überlagern sich so, dass über einen großen Bereich ein näherungsweise homogenes B-Feld entsteht.

Für unseren Aufbau ist der Spulendurchmesser 2R = 30 cm und die Windungszahl pro Spule N = 130. Für eine Stromstärke I ergibt sich im Zentrum die magnetische Flussdichte B = 0,78 mT × I/A.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Helmholtz-Spule

Kombinationsnetzteil

Kombinationsnetzteil für Filamentheizung, Spulenstrom, Wehnelt-Spannung, Anodenspannung (mit separaten Ausgängen für das Messgerät) und Ablenkspannung.

⚠ Für Anoden- und Ablenkspannung (>60 V) müssen Stecker mit Berührungsschutz verwendet werden!

Digitalmultimeter

Wir verwenden die bekannten Digitalmultimeter Uni-T bzw. Pierron UT51 (baugleich).

🔗 https://phypra.uni-freiburg.de/ap/40/#Digitalmultimeter

🔗 https://phypra.uni-freiburg.de/ap/44/#Digitalmultimeter

📄 Uni-T UT51 Operating Manual.pdf

Kabel und Stecker

Die Geräte werden mit Bananensteckern (4-mm-Federstecker) verbunden, die für Ströme bis 16 Ampere geeignet sind.

Die einfachen Bananenstecker ohne Berührungsschutz (links) dürfen nur für ungefährliche Kleinspannungen (<60 V DC, Filamentheizung, Spulenstrom, Wehnelt-Zylinder) verwendet werden.

Für höhere Spannungen (>60 V DC, Anodenspannung, Ablenkplatten) müssen Stecker mit Berührungsschutz (rechts) verwendet werden.