Title: Ablenkung im Kondensator
Course: Geladene Teilchen in E-Feldern (11/12)

Q: Die Geschwindigkeit von Ionen in y-Richtung beim Durchlaufen des Ablenkkondensators steigt mit ...
- der Ladung des Ions.
- dem Plattenabstand.
- der Masse des Ions.
- der Spannung am Ablenkkondensator.
- der Flugzeit durch den Kondensator.
A: der Ladung des Ions.; der Spannung am Ablenkkondensator.; der Flugzeit durch den Kondensator.
If right: Die Antwort ist richtig.
If partly right: Die Antwort ist teilweise richtig.
If wrong: Die Antwort ist falsch.

Q: Die y-Ablenkung von Ionen im Querfeld eines Plattenkondensators wächst mit ...
- der Spannung zum vorherigen Beschleunigen des Ions in x-Richtung.
- dem Quadrat der Länge der Kondensatorplatten.
- der Spannung am Ablenkkondensator.
- dem Abstand der Kondensatorplatten.
A: dem Quadrat der Länge der Kondensatorplatten.; der Spannung am Ablenkkondensator.
If right: Die Antwort ist richtig.
If partly right: Die Antwort ist teilweise richtig.
If wrong: Die Antwort ist falsch.

Q: Rechenaufgabe 1

Elektronen werden zunächst aus der Ruhe in einem Kondensator mit dem Plattenabstand 15 cm und einer Beschleunigungsspannung von 300 V in x-Richtung auf ihre Endgeschwindigkeit gebracht. Anschließend treten sie in ein homogenes elektrisches Querfeld eines "Ablenk"-Kondensators ein. Dieser Kondensator hat eine Länge von 10 cm und einen Plattenabstand von 5 cm. An diesem liegt eine Spannung von 100 V an.

Berechnen Sie die Ablenkung s_y der Elektronen am Ende des Kondensators. Bitte geben Sie Ihr Ergebnis mit mindestens drei signifikanten Stellen und Dezimalpunkt an (Beispiel: 2.43E4 statt 2,34•10^4).

Das Ergebnis bitte statt z.B. 2,43•10^12 in der hier notwendigen Form 2,43E12 eingeben.

Die Ablenkung beträgt ???? cm.
A: 1.66 (± 0.02)
Feedback ("1.66"): sehr gut! Der korrekte Wert ist s_y= 1,66 cm
Feedback (any other answer): Das ist leider falsch. Die Gleichung für die Ablenkung unter diesen Bedingungen lautet: s_y = 1/4• U_y / U_B • 1/d_y • l^2

Q: Rechenaufgabe 2

Elektronen werden zunächst aus der Ruhe in einem Kondensator mit dem Plattenabstand 15 cm und einer Beschleunigungsspannung von 300 V in x-Richtung auf ihre Endgeschwindigkeit gebracht. Anschließend treten sie in ein homogenes elektrisches Querfeld eines "Ablenk"-Kondensators ein. Dieser Kondensator hat eine Länge von 10 cm und einen Plattenabstand von 5 cm. An diesem liegt eine Spannung von 100 V an.

Bestimmen Sie den Winkel α zur ursprünglichen Richtung der Geschwindigkeit (vor der Ablenkung), mit dem das Elektron  den Kondensator verlässt.

Das Ergebnis bitte statt z.B. 2,43•10^12 in der hier notwendigen Form 2,43E12 eingeben.

Der Winkel beträgt ???? ^0.
A: 18.34 (± 0.5)
Feedback ("18.34"): sehr gut! Der Winkel ist genau α = 18,34 ^0
Feedback (any other answer): Das ist leider falsch. Die Gleichung für den Ablenkwinkel ermittelt man aus: tan(α) = v_y / v_x

Q: Rechenaufgabe 3

Elektronen wurden in einem Längsfeld auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt. Dazu wurde eine unbekannte Beschleunigungsspannung U_B verwendet. Die Abbildung 1 zeigt die Ablenkung der Elektronen im Querfeld. An den Platten dieses Kondensators mit einem Plattenabstand von 5,4 cm und einer Länge von 10 cm wurde eine Spannung von 700 V angelegt. Jedes der erkennbaren Kästchen ist quadratisch mit einer Seitenlänge von jeweils 1 cm.

[Image: Elektronen im Querfeld]

Abb. 1 Bildquelle: Rolf Piffer, CC-BY-SA 4.0

Ermitteln Sie die hier vorliegende Beschleunigungsspannung möglichst genau. Das Ergebnis bitte statt z.B. 2,43•10^12 in der hier notwendigen Form 2,43E12 eingeben.

Die Beschleunigungsspannung beträgt ???? V.
A: 2946 (± 300)
Feedback ("2946"): sehr gut! Die Beschleunigungsspannung beträgt U_B = 2946 V.
Feedback (any other answer): Das ist leider falsch. Denken Sie an die Gleichung zur Ablenkung eines Ions entlang einer Strecke l in einem Querfeld. Der Wert dieser Ablenkung hängt natürlich auch von der Beschleunigungsspannung ab.

Q: Rechenaufgabe 4

[Image: Braunsche Röhre]

Abb. 1: Verlauf eines Elektronenstrahls in der Braunschen Röhre. Der Strahl trifft um die Strecke s_y aus der ursprünglichen Richtung abgelenkt auf dem Schirm auf.
Bildquelle: Rolf Piffer, CC-BY-SA 4.0

Bei der verwendeten "Braunsche Röhre" (siehe Abb. 1) hat der Ablenkkondensator einen Plattenabstand von 1,2 cm und eine Länge von 2,0 cm. Die Entfernung vom hinteren (rechten) Ende des Kondensators zum Schirm beträgt 15 cm. In diesem Fall werden Elektronen mit einer Spannung von 300 V beschleunigt und durchfliegen den Ablenkkondensator mit der Spannung 30 V.

Berechnen Sie den Betrag der Ablenkung s_y der Elektronen auf dem Schirm in m. Bitte geben Sie Ihr Ergebnis mit drei signifikanten Stellen an. Bitte statt z.B. 2,43•10^12 in der hier notwendigen Form 2,43E12 eingeben.

Die Ablenkung beträgt ???? m.
A: 0.0133 (± 0.001)
Feedback ("0.0133"): sehr gut! Die Ablenkung beträgt sy = 0,0133 m.
Feedback (any other answer): Das ist leider falsch. Denken Sie an die Gleichung zur Gesamtablenkung eines Ions.