Berechnung von Elektronenenergien

Wissenschaft Physik
1

Huhu!

Ich hab mal wieder son Praktikum (diesmal das Physikpraktikum für Nebenfächler), und hab mal wieder ein Problem, das ich nicht alleine lösen kann.

Der Versuchsaufbau ist folgender:
In einer Wasserwanne werden 4 Elektroden so aufgebaut:

 A\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

 B---- ----

 C\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

(Ich hoffe, man erkennt einigermaßen, wies gemeint ist. Bei B sind 2 jeweils durchgehende Elektroden, die in der Mitte durch einen Abstand voneinander getrennt sind.)

An die Elektrode A) sollte eine Spannung von 6 kV angelegt werden, bei B) -4 kV, und bei C schließlich eine von 0 V.

Wir haben natürlich mit proportionalen Spannungen gearbeitet, aber das ist erstmal Latte.

Jedenfalls ist eine der Fragen aus dem Skript:

Wieviel Energie benötigt ein Elektron, um von A durch die Blende bei B nach C zu gelangen?

Und ich habe keinen Plan, wie ich das rechnen soll, geschweige denn, wo ich das nachschlagen soll.

Kann mir wer die Formel sagen, oder wenigstens nen Hinweis?

Problem ist auch, das ich das schon bis morgen fertig haben soll, darum fehlt mir die Zeit für ne richtige Recherche.
(Nein, ich habe nicht getrödelt, ist halt so: Heute Versuch, morgen Protokoll.)

(Außerdem war da noch die Frage, wozu man eine ähnliche Apparatur im echten Leben benutzen könnte, und ich tippe mal auf nen Fernseher, bzw. generell auf nen Kathodenstrahler. Liege ich damit wenigstens so ungefähr richtig?)

Vielen Dank im Vorraus!
Scrabz aka Philipp (aka Drache).

2

Hallo,

Der Versuchsaufbau ist folgender:
In einer Wasserwanne werden 4 Elektroden so aufgebaut:

A__________

B---- ----

C__________

(Ich hoffe, man erkennt einigermaßen, wies gemeint ist. Bei B
sind 2 jeweils durchgehende Elektroden, die in der Mitte durch
einen Abstand voneinander getrennt sind.)

An die Elektrode A) sollte eine Spannung von 6 kV angelegt
werden, bei B) -4 kV, und bei C schließlich eine von 0 V.

Wir haben natürlich mit proportionalen Spannungen gearbeitet,
aber das ist erstmal Latte.

Was sind proportionale Spannungen?

Jedenfalls ist eine der Fragen aus dem Skript:

Wieviel Energie benötigt ein Elektron, um von A durch die
Blende bei B nach C zu gelangen?

Naja, du hast eine negative Spannung an B anliegen, und auch Elektronen sind negativ geladen, d.h. sie werden von B abgestossen. Soweit klar?

Dann nehmen wir mal vereinfachend an, dass die Elektronen ganz ganz nahe an das Blech herankommen müssen um durchzufliegen. D.h. sie brauchen genug Energie, um ein Potential von 4kV zu überwinden.
Und Energie = Potential * Ladung, also ist die Antwort 4keV. Wenn du willst kannst du jetzt noch keV in Joule umrechnen…

Ich hoffe, dass das jetzt nicht zu naiv von mir gedacht ist.

Grüße,
Moritz

3

Hallo!

Die Berechnung wurde ja bereits erklärt.

Der Versuchsaufbau ist folgender:
In einer Wasserwanne werden 4 Elektroden so aufgebaut:

A__________

B---- ----

C__________

(Ich hoffe, man erkennt einigermaßen, wies gemeint ist. Bei B
sind 2 jeweils durchgehende Elektroden, die in der Mitte durch
einen Abstand voneinander getrennt sind.)

An die Elektrode A) sollte eine Spannung von 6 kV angelegt
werden, bei B) -4 kV, und bei C schließlich eine von 0 V.

Habe ich richtig gelesen, in einer Wasser wanne habt Ihr mehrere Tausend Volt angelegt??? Ihr seid aber mutig!

(Außerdem war da noch die Frage, wozu man eine ähnliche
Apparatur im echten Leben benutzen könnte, und ich tippe mal
auf nen Fernseher, bzw. generell auf nen Kathodenstrahler.
Liege ich damit wenigstens so ungefähr richtig?)

Nein. In der braunschen Röhre will man ja Elektronen beschleunigen, nicht abbremsen.

Mir fallen prinzipiell zwei Anwendungen ein:

  • Messung der Energie von Elektronen. Ein Elektronenstrom von A nach C wird nur dann beobachtet, wenn die Energie der Elektronen größer als e*UAB ist. Diese Methode nennt sich „Gegenfeldmethode“. Sie findet z. B. in manchen Rasterelektronenmikroskopen (SEM) eine Anwendung.
  • Steuerung von Strömen durch das Anlegen einer Spannung. Vor der Erfindung der Transistoren wurden Verstärker mit Röhren gebaut. Die entsprechenden Bauteile heißen „Trioden“. Bei besonders edlen Hifi-Geräten werden sie meines Wissens sogar heute noch eingesetzt.

Michael

4

Habe ich richtig gelesen, in einer Wasser wanne habt Ihr
mehrere Tausend Volt angelegt??? Ihr seid aber mutig!

Klär mich mal auf: wieso?
Destilliertes Wasser ist ein Isolator.
Ok, wenn man das Ding mit Ionen angereichert hat (im einfachsten Fall: Leitungswasser), können schon ein paar Ampere fließen - natürlich in Abhängigkeit von „Verunreinigung“ und den geometrischen Abmaßen …
Wenn entsprechende Vorwiderstände gewählt werden, dann sind auch bei direktem Kurzschluß der Elektroden die Ströme klein - trotz Elektrodenspannungen im kV-Bereich.
Gut, eine Berührung mit dem ganzen Ding sollte man während des Betriebs vermeiden - könnte etwas unangenehm sein. :smile:

Gruß
peherr

5

Hallo,

(Außerdem war da noch die Frage, wozu man eine ähnliche
Apparatur im echten Leben benutzen könnte, und ich tippe mal
auf nen Fernseher, bzw. generell auf nen Kathodenstrahler.
Liege ich damit wenigstens so ungefähr richtig?)

Nein. In der braunschen Röhre will man ja Elektronen
beschleunigen, nicht abbremsen.

Aber ein weisses Bild ist langweilig, oder? Man will den Strahl an bestimmten Stellen (an denen eben kein heller Fleck sein soll) dunkel tasten, das macht man iirc mit einer Gegenspannung. Zumindest hab ich das so dem Schaltplan eines alten Oszilloskops so entnommen…

Grüße,
Moritz

6

Huhu!

Habe ich richtig gelesen, in einer Wasser wanne habt Ihr
mehrere Tausend Volt angelegt??? Ihr seid aber mutig!

Ne, wir haben zu den in der Aufgabe genannten Spannungen propotionale Spannungen angelegt, d.h. *grübel* 6, 0 und 10 Volt, wenn ich mich richtig erinnere.

Ich meine, wir sind Grundstudiumsbiostudenten, und (laut unserem Prof), mit allem Überfordert, was auch nur entfernt mit Physik zu tun hat.

(Laut uns sind wir einfach desintressiert oder mathematisch unbegabt.)

Danke auf jeden Fall!
Philipp aka Scrabz (aka Drache).

7

Huhu!

Danke für deine Antwort … ich habe das jetzt einfach mal so gemacht, weil mir kein logischer Fehler aufgefallen ist, und ich den Rechenweg sehr elegant finde.

Ich meld mich dann mal, ob der Dozent auch fand, das das so in Ordnung ist :smile:

Bis dann!
Scrabz aka Philipp (aka Drache).

8

Huhu!

Die Vereinfachung war falsch *schnüff* - man sollte aus den gemessenen Elektrischen Feldern eine Potentialverlaufskurve zeichnen, und auf dieser dann ablesen, wie hoch das Potential war in der Mitte zwischen den beiden Blendenelektroden war.

Und das war ca. 2,7, oder so.

Naja, habe trotzdem ne 2,7 bekommen … und das ist so mit die beste Physiknote, die ich seid der 8. Klasse bekommen habe (da haben wir angefangen zu rechnen), und bin darum nicht unzufrieden.

Der Ansatz mit den eV war aber richtig, und nach mehr habe ich ja auch nicht gefragt.

Also nochmal danke für deine Antwort.
Scrabz aka Philipp (aka Drache).

9

Hallo!

Habe ich richtig gelesen, in einer Wasser wanne habt Ihr
mehrere Tausend Volt angelegt??? Ihr seid aber mutig!

Klär mich mal auf: wieso?
Destilliertes Wasser ist ein Isolator.

Nicht ganz. Die Konzentration von H+-Ionen beträgt immerhin 10^-7 (daher pH 7). Außerdem dürfte die Spannung durchaus für die Elektrolyse von Wasser ausreichen. Knallgas und Hochspannung sind eine ungesunde Kombination…

Wenn entsprechende Vorwiderstände gewählt werden, dann sind
auch bei direktem Kurzschluß der Elektroden die Ströme klein -
trotz Elektrodenspannungen im kV-Bereich.

Wenn entsprechende Vorwiderstände gewählt werden, liegt die Elektrodenspannung nicht mehr im kV-Bereich. (Das ist Sinn und Zweck von Vorwiderständen).

Michael