Fadenstrahlrohr – „Unser“ kleiner Teilchenbeschleuniger
Ziel des Versuchs:
Aus der Ablenkung bzw. Beschleunigung frei beweglicher geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern kann der Quotient aus ihrer Ladung und Masse q/m bestimmt werden. Bei bekannter Ladung q = Z·e
lässt sich daraus die Masse m der Teilchen berechnen. Eine solche Massenbestimmung lässt sich mit einem Fadenstrahlrohr durchführen. „Herzstück“ der Apparatur bildet das Helmholtz-Spulenpaar, welches im Inneren ein homogenes
B-Feld bereitstellt.
Beschreibung:
Mithilfe der Lorentzkraft als wirkende Zentripetalkraft lässt sich nach Ausmessen des Bahnradius r die spezifische Ladung des Elektrons bestimmen.
Erkenntnisse:
Der Quotient aus Ladung und Masse, die spezifische Ladung e/m eines Elektrons, kann mit den Messwerten für U
A , B und r berechnet werden.
Beispielswerte zur Bestimmung des e/m – Verhältnisses:
Die magnetische Feldstärke im homogenen Teil eines Helm-Holtz-Spulenfeldes wird mit einer Hall-Sonde zu B = 9,65· 10
-4 T bestimmt. Bei einer Beschleunigungsspannung von U
A =210 V wird im Fadenstrahlrohr der Durchmesser der Kreisbahn zu d = 10,2 cm gemessen.
Ergebnis:
Die spezifische Ladung des Elektrons beträgt e/m
e = 1,76 ·10
11 C/kg.
Mit der bereits von MILLIKAN bestimmten Elementarladung e ( e = 1,602 · 10
-19) ergibt sich die Masse des Elektrons zu m
e = 9,11 ·10
31 kg.
