Webseite mit Material der Physik Grundkurs Klasse 13 2021-2022

GK Physik Q3 Woche 02

!!! Achtung: Elternversammlung 24.8. 19:00 MZR FG I

Ziele

• Wiederholung Feldbegriff
• Wiederholung Vektoren
• Elektronen im elektrischen Feld
  • Kraftwirkung sprachlich beschreiben
  • Kraftwirkung mathematisch beschreiben
  • Anwendungsgebiete nennen und Funktionsprinzipien beschreiben
• Elektronen im Magnetfeld
  • Kraftwirkung sprachlich beschreiben
  • Kraftwirkung mathematisch beschreiben
  • Anwendungsgebiete nennen und Funktionsprinzipienbeschreiben
• Verstehen, dass Energie quantisiert ist
  • Aufbau des Millikan-Versuch beschreiben
  • Ablauf des Millikan-Versuch beschreiben
  • Schlussfolgerungen aus dem M-V nachvollziehen

Inhalte

sich bewegende elektrische Ladung

Coulomb-Kraft und Lorentz-Kraft führen zu Elektro-Magnetismus. Die Lorentz-Kraft allein bildet die Grundlage für das Verständnis von magnetischen Feldern.

Millikan-Versuch

Gerthsen:

Schwebekondensator, Millikan-Versuch.

Als Ladungsträger wird ein kleines Flüssigkeitströpfchen zwischen die Platten des horizontal gelagerten Kondensators gebracht. Im feldfreien Raum sinkt es unter dem Einfluss der Schwere und des Reibungswiderstandes mit gleichförmiger Geschwindigkeit, aus der nach dem Stokes-Gesetz (3.35) der Radius und damit auch das Gewicht mg bestimmt werden kann. Legt man eine veränderliche Spannung an den Kondensator, so kann man diese so regulieren, dass das Tröpfchen in der Schwebe gehalten wird.

Dann ist seine Ladung: \begin{equation} Q=\frac{mg}{|E|}\ = \frac{mgd}{U}\ \end{equation}

Damit ist die zu messende Ladung direkt durch bekannte Größen ausgedrückt (Aufgabe 6.1.14). Mit dieser Methode fand Millikan heraus, dass die Ladung solcher Tröpfchen stets ein niedriges ganzes Vielfaches von 1,6 · 10^ −19 C beträgt, d. h. wenige Elementarladungen e enthält (Abschn. 6.1.1). Er konnte e so mit hoher Genauigkeit direkt bestimmen. Heutiger Wert: e = (1,602 176 46 ± 0,000 000 06) · 10 −19 C .

Gutes, sehr umfangreiches Material finden wir hier.

Test

!!! Achtung: Musterlösung interaktiv erstellen

1. Skizzieren Sie den Aufbau des Millikan-Versuchs.
2. Skizzieren Sie folgende Kräfteverhältnisse:
   1. Das Öltröpfchen steigt
   2. Das Öltröpfchen sinkt
   3. Das Öltröpfchen schwebt
3. Stellen Sie für den Schwebezustand eine mathematische Gleichung auf, bei der die nach oben wirkende Coulomb-Kraft gleich der nach unten wirkenden Gravitationskraft ist. Vereinfachen Sie diese Gleichung weitgehend.
4. Stellen Sie eine Vermutung auf, weshalb dieser Versuch an den Beginn einer Reihe über Quantenphysik gestellt wird.

Magnetfeld

Feldbegriff unterscheidet sich: Kein magnetischer Monopol

Aufgaben

1. Skizzieren Sie das Magnetfeld eines Stabmagneten.
2. Skizzieren Sie das Magnetfeld eines einzelnen Elektrons, dass sich im freien Raum gleichförmig bewegt.
3. Skizzieren Sie das Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiters.
4. Recherchieren und notieren Sie die Rechte-Hand-Regel mit der die Lorentz-Kraft $\vec{F} = Q \cdot \vec{v} \times \vec{B}$ beschrieben werden kann.
5. Skizzieren Sie die Bahn eines Elektronenstrahls, der durch eine Helmholtz-Spule führt. Stichwort: Fadenstrahlrohr

Heutige technische Anwendungen von Elektronenstrahlen

Aufgaben

Arbeitsteilig Bilder und Kurzbeschreibung recherchieren.

Röhren

Kathodenstrahlröhre

Fernsehen, Bildschirm

Röntgenröhre

Medizin, Materialprüfung

Elektronenröhren

Rechentechnik (antik): Steuercomputer in alten Flugzeugen EMP-Sicher

Ein moderner Röhrencomputer

Ende der 70er-Jahre erbeutete die Nato ein MiG25-Kampfflugzeug der Russen, das einem Piloten als Fluchtgerät gedient hatte. Als die Techniker diese Maschine zerlegten, brachen sie erst in schallendes Gelächter aus; der Bordcomputer war mit tausenden winzigen Röhren bestückt. Es stellte sich aber bald heraus, daß diese Maschine während dem Flug einem elektromagnetischen Impuls (EMP) standhalten würde, der bei der Explosion von nuklearen Bomben entsteht. Beim Vergleich mit der westlichen Technologie stellte sich heraus, daß die West-Flugzeuge große Probleme mit einem EMP gehabt hätten; das wurde durch eine sehr aufwendige magnetische Abschirmung der Halbleiterelektronik behoben.

http://www.hts-homepage.de/Silizium/Silizium.html

Hochfrequenztechnik: Radar, Gaslaser, Sintern, Mikrowellenherd (Magnetron)

Audioverstärker, Gitarrenverstärker

Synchrotron

Kohärente Elektronenstrahlen, die sich selbst überholen...

Schmelzen

Industrie

Streuung / Brechung

Forschung, Entwicklung