B-Feld

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Wien´sches Geschwindigkeitsfilter

In einem Wienfilter treten Teilchen verschiedener Geschwindigkeit durch die Blende L1 ein. Nur Teilchen mit einer bestimmte Geschwindigkeit, bei der sich elektrische und magnetische Feldkraft aufheben, können den Filterbereich unabgelenkt durch die zweite Blende L2 verlassen.

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Die Hall-Sonde

Eine Hall-Sonde ist ein quaderförmige Leiter, der längs von Strom durchflossen wird. Wirkt senkrecht Stromrichtung zur Stromrichtung ein Magnetfeld der Flussdichte B. Durch Lorentzkraft werden die Elektronen nach unten abgelenkt. Das führt dazu, dass sich die Elektronen bei P1 (unten) sammeln. So entsteht ein elektrisches Feld, dessen Kraft entgegengesetzt zur Lorenzkraft wirkt.Zwischen P1 und P2 (oben) ensteht die Hallspannung. Die Spannung wächst solange an bis die Kräfte gleich sind.

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Fadenstrahlrohr

Beim Fadenstrahlrohr treten Elektronen aus einer elektrische beheizten Glühwendel und werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt (Elektronenstrahl). Die ganze Anordnung befindet sich in einem Glasbehälter, der mit einem Gas (meist Wasserstoff) bei geringem Druck gefüllt ist. Parallel zu der eingezeichneten und später beobachteten Bahn der Elektronen wird ein paar von sog. Helmholtzspulen außerhalb das Glasbehälter aufgestellt, das ein weitgehend homogenes Magnetfeld im Inneren des Behälters gewährleistet. Aus der Stromstärke in diesen Spulen lässt sich die Flussdichte B berechnen, der Durchmesser der Elektronen wird direkt gemessen. Mit dem Wert der Beschleunigungsspannung U der Elektronen kann man die spezifische Ladung e/m der Elektronen berechnen.

Die Kreisbahn entsteht, weil auf die beschleunigten Elektronen der Geschwindigkeit v die Lorentzkraft genau senkrecht auf die Richtung der Geschwindigkeit wirkt. Die Elektronen bewegen sich senkrecht nach oben, das konstante Magnetfeld B ist in die Zeichenebene hinein gerichtet. Somit wirkt die Lorentzkraft nach der Drei-Finger-Regel anfangs genau nach rechts und das Elektron erfährt eine Richtungsänderung, ohne dass sich die Geschwindigkeit betragsmäßig ändert. Mit der neuen Richtung ändert sich nichts der Rechtwinkligkeit von v und B, somit bleibt der Betrag F der Lorentzkraft konstant. Da F(L) aber nun wiederum sekrecht auf v und B stehen muss, dreht sich die Wirkungsrichtung der Kraft die ganze Zeit in dem Maße mit, wie v umgelenkt wird. F(L) ist also eine Kraft mit konstanten Betrag, die immer auf einen Mittelpunkt hin gerichtet ist: Sie ist Zentripetalkraft einer Kreisbewegung.

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