Die Lorentzkraft

3. Versuch: Die Elektronenstrahlröhre (Braun'sche Röhre)

In einer Vakuum-Diode werden durch eine Heizspannung (ca. 6V) Elektronen aus der Glühkathode herausgelöst (sog. Glühelektrischer Effekt). Eine Spannung von wenigen hundert Volt zwischen Glühkathode und Anode beschleunigt dann die nun freien Elektronen zur positiv geladenen Anode hin. Bei der Elektronenstrahlröhre ist die Anode mit einem kleinen Loch versehen, so dass ein geringer Anteil der Elektronen auf Grund der eigenen Trägheit hindurchfliegt. Auf diese Weise erhält man im Raum hinter der Anode einen Strahl aus vielen Elektronen, genannt Elektronenstrahl. Da Elektronen unsichtbar sind, machen wir sie durch eine Leuchtschicht sichtbar. Der Leuchtschirm ist so angebracht, dass die Elektronen nicht senkrecht auf ihn treffen, sondern streifend. So können wir den Verlauf des Strahls über eine kurze Strecke beobachten, denn ein Elektron gibt beim Aufprall auf den Schirm einen Teil seiner Energie an ein Atom der Leuchtschicht ab, den dieses dann in Form von grünem Licht wieder abstrahlt.

In diesem Video wird der Einfluss eines Magnetfeldes auf bewegte Elektronen deutlich. Führt man nämlich einen Stabmagnet an die Röhre heran, so dass die Elektronen einem immer stärker werdenden Magnetfeld ausgesetzt werden, dann kann man die Ablenkung des Elektronenstrahls sehr gut beobachten. Man erkennt die Abhängigkeit der Ablenkung von der Nähe des Magneten, d. h. von der Stärke des Magnetfelds. Ferner stellt sich beim Experimentieren heraus, dass die Kraft (wieder) genau dann am Größten ist, wenn die magnetischen Feldlinien senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Elektronen stehen. «Hier der Film als download, falls nicht angezeigt»

 

4. Versuch: Das Fadenstrahlrohr

Eine weitere Möglichkeit, einen Strahl freier Elektronen indirekt optisch sichtbar zu machen, bietet das nebenstehend abgebildete Fadenstrahlrohr. Es ist ähnlich wie obige Röhre aufgebaut, der Elektronenstrahl wird nach dem selben Prinzip erzeugt. Im Fadenstrahlrohr kann im Gegensatz zur Braun'schen Röhre jedoch der Verlauf des Elektronenstrahls im Raum und nicht nur sein Auftreffen auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden. Dieser Effekt wird erreicht, weil im Innern der Röhre ein Gas mit niedrigem Druck enthalten ist und die Elektronen durch Energieübertragung Gasatome zum Leuchten anregen. Somit kann der Elektronenstrahl, der durch eine Steuerelektrode fadenartig gebündelt wird, bei abgedunkeltem Raum gut sichtbar gemacht werden.
Die Ablenkung des Strahls wird hier durch ein homogenes Magnetfeld vermittelt, das durch zwei außen angebrachte sog. Helmholtzspulen erzeugt wird. Aufgrund der Homogenität des Feldes können die Elektronen auf Kreis- und Spiralbahnen gezwungen werden.

Da dieser Versuch nur bei absoluter Dunkelheit durchgeführt werden kann, ist es mir leider nicht möglich gewesen, Fotos davon aufzunehmen und hier abzubilden. Wer sich den Versuch aber trotzdem gerne einmal anschauen will, dem rate ich, zu einer schulischen Physiksammlung zu gehen und einen Lehrer zu fragen, ob er den Versuch nicht einmal durchführt.