Eisenkapselspule

Hallo Experten,

Meine Frage betrifft den Feldverlauf der sog. Eisenkapselspule, die in Elektronenmikroskopen zur Bündelung des Elektronenstrahls eingesetzt wird.

Dabei handelt es sich im Prinzip um eine gewöhnliche Spule, also einen um einen Kern aufgewickelten Leiterdraht. Der Kern besteht aus zwei Weicheisen-Zylindern mit eingefaßten Polschuhen, die durch einen kreisrunden Luftspalt getrennt sind. Außenmantel und „Deckelflächen“ bestehen ebenfalls aus Weicheisen.

Meine erste Frage betrifft den Verlauf des Feldes im Bereich der Luftspalte: Wenn ich die Spulenalängsachse in Richtung der z-Achse (also der unten oben Richtung) aufstelle, dann müßte das Magnetfeld zwischen den Luftspalten doch ebenfalls grob in Richtung der z-Achse verlaufen. Der Feldlinienverlauf wird durch die Polschuhe etwas inhomogen sein, d.h es gibt auch x und y-Kopmponenten von B.

Meien zweite Frage betrifft die Ablenkung eines Elektronenstrahls, der parallel zur z-Achse in die Anordnung eintrifft. Wenn, wie unter Frage 1 angenommen x und y-Komponenten von B vorhanden sind, müßte die Lorentz-Kraft das Elekron doch entweder in die x-Richtung (bei y-Komponente von B) oder in die y-Richtung (bei x-Komponente von B) ablenken und das ist doch kein Bündelungseffekt (eher das Gegenteil).

Bevor ich die Frage hier stellte , habe ich unter allen möglichen Suchbegriffen im Internet versucht, Feldverlauf und Strahlengang heraus zu bekommen. Vielleicht ist meine Grundannahme (Frage 1) verkehrt.

Vielen Dank im voraus für die Antworten

Gruß

Ewald

Hallo Ewald,

Deine Frage klingt wie eine Uebungsaufgabe der Elektrodynamik. Mit etwas Glueck findest Du die Aufgabe als Beispiel in einem Lehrbuch der Elektrodynamik vorgerechnet. Du koenntest es zB im Jackson versuchen,

http://www.amazon.com/gp/product/047130932X/sr=1-1/q…

Das Buch ist zwar eher theoretisch, enthaelt aber viele ausfuehrliche Rechnungen. Vielleicht ist auch so etwas wie

„Physik fuer Ingenieure“, zB
http://www.amazon.com/gp/product/3540210369/sr=1-1/q…

etwas fuer Dich. Ein Gang in die oertliche Unibibliothek koennte sich also lohnen.

Gruss,
klaus

Danke
Hallo,

vielen Dank für die Tips!

Einen studentischen Hintergrund im Sinne einer Übungsfrage hatte meine Anfrage nicht, vielmehr arbeitet meine Frau seit geraumer Zeit mit einem Transmissions-Elektronen Mikroskop. In den Einarbeitungsunterlagen und Präsentationen (neudeutsch Manuals) sind Zeichnungen vorhanden, aus denen so gut wie nichts hervorgeht, was einen Sinn macht. Da sind zwar Strahlengänge abgebildet und Spulen eingezeichnet, aber keine Feldverläufe. Dafür wird dann an anderer Stelle dieser Herstellerinformationen auf

F= e(B X v) (Lorentz)

herumgeritten, aber ohne jeden Bezug. Um einen Sinn in diese nervigen Erläuterungen hineinzubekommen, die bei einem Anfänger eher das Gefühl der Ahnungslosigkeit verstärken, habe ich im Internet gesurft und heraus gefunden, daß

  1. inhomogene Magnetfelder das Ablenkverhalten der Elektronen begründen und

  2. zu deren Erzeugung „Eisenkapselspulen“ eingesetzt werden

Darauf bezogen sich meine Fragen und ich bedanke mich nochmals für die Antwort

Gruß

Ewald

Hallo Ewald.

Da sind zwar
Strahlengänge abgebildet und Spulen eingezeichnet, aber keine
Feldverläufe. Dafür wird dann an anderer Stelle dieser
Herstellerinformationen auf

F= e(B X v) (Lorentz)

herumgeritten, aber ohne jeden Bezug.

Der Bezug ist im Groben folgender: Durch die Spulen fliesst Strom, der
gemaess dem Gesetz von Biot-Savart ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld uebt auf die (bewegten) Elektronen eine Lorentzkraft aus. Aus dem Stehgreif weiss ich leider auch nicht, wie das Feld in Deiner konkreten Situation beschaffen ist, aber ich vermute schon, dass die Inhomogenitaet zur Buendelung verwendet wird. Anhand der eingezeichneten Spulen kann man das im Prinzip sicherlich auch nachrechnen. Fuer diese Rechnung waren die im ersten Beitrag genannten Buecher vorgeschlagen.

Hier noch drei unter Umstaenden nuetzliche Links:

Lorentzkraft: http://en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_force
Biot-Savart: http://en.wikipedia.org/wiki/Biot-Savart%27s_Law
Elektromagnetismus: http://farside.ph.utexas.edu/teaching/em/emcourse.pdf

Und noch eine Anmerkung: Die uebliche Konvention fuer die Lorentzkraft ist F = e(v x B).

Gruss,
klaus