[Physik] Elektrisches & Magnetisches Feld

B

Benutzer-6124

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18 Juni 2006
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Guten Abend alle miteinander. Ich bin mal wieder mit einer Physikfrage hier (LK-12.Klasse). Ich steh mündlich derzeit auf nur 5 Punkten (eine vermasselte Ex zum Jahresbeginn) und möchte das meinem Klausurdurchschnitt von 12 Punkten etwas angleichen. Sonst zieht das meinen HJ-Schnitt so runter. --> Referat.
Der Lehrer ist mir auch entgegengekommen und hat mir eine Aufgabe aus einer Physikklausur von 1999 gegeben die ich am Montag dann mit der Klasse durchrechnen soll. Soweit lief das bisher auch ganz gut mit dem rechnen nur zu manchen Aufgaben hab ich noch ne kleine Frage ob ich das so richtig gemacht habe.

Ein Strahl von Protonen H+ und Deuteronen D+ treten mit vernachlässigbarer Anfangsgeschwindigkeit in ein elektrisches Längsfeld ein und werden mit U=6,0kV beschleunigt. Sie treten dann in ein elektrisches Querfeld ein. Dieses wird von einem Kondensator (Plattenabstand d=5,0cm; Länge l=10cm) erzeugt, an den eine Spannung von U=1,2kV angelegt wurde. (mh+= 1,67*10^-27kg ; md+=3,34*10^-27kg)
Zum Vergrößern anklicken....
Außerdem als Angabe noch errechnet (war Aufgabe):
vh+ = 1,1*10^6m/s
vd+ = 7,6*10^5m/s

Also als erstes hab ich mir mal diese Skizze gemacht:


So nun sollte nach ein paar Aufgaben zusätzlich annehmen das im Inneren des rechten Kondensators zusätzlich zum elektrischen Feld ein magnetisches Feld so erzeugt wird, dass die Protonen H+ nicht abgelenkt werden. (Für mich also ein Geschwindigkeitsfilter).
Errechnet: B = 22mT (stimmt - Teillössung)
B=Uk/(v*d)

So und nun kommen zwei Fragen die mich aus der Bahn geworfen haben.
"Erscheinen die D+ Ionen oberhalb oder unterhalb von H+? (Begründung)"
Kommt es hier jetzt nicht davon ab wie der Kondensator geschalten ist?
Möglichkeit 1:
Kondensator lenkt nach oben ab.
--> Lorentzkraft nach unten
--> größeres B nötig für Gleichgewicht weil vd+ kleiner ist
--> Lorentzkraft zu schwach ---> D+ Ionen oberhalb
Möglichkeit 2:
Kondensator lenkt nach unten ab. (nicht eingezeichnet oben bei mir)
--> Lorentzkraft nach oben
--> größeres B nötig für Gleichgewicht weil vd+ kleiner ist
--> Lorentzkraft zu schwach ---> D+ Ionen unterhalb

Oder ist da jetzt bei mir ein Denkfehler?

Als zweites ist der Ablenkwinkel der Deuteronen gefragt.
Ansatz:
F(m) = F(zentral)
e*v*B = m*v²/r
..
r=m*v/e*B=..=72cm

r²=l² + (r-y)² (Pythagoras)
(r-y)² = 0,5084m
r-y = 0,71m
0,72m - y = 0,71m
y=0,01m
So und das elektrische Feld lenkt wie ein paar Aufgaben vorher berechnet auch um 0,01m in die andere Richtung ab. --> Winkel 0° . Kann das sein???

Ich freu mich über Antworten und somit Hilfe!!! Schonmal Danke fürs bis hierhin durchlesen :yes:
mfg
schnefels
 
Zuletzt bearbeitet:
Das kommt schon hin.

Ablenkwinkel hab ich durch omega = v/r und sigma = omega * t berechnet, wobei t durch t = l / v bestimmt wurde.

Ablenkwinkel 7.92 Grad

Ablenkung durch el. Feld: 9.8mm
Ablenkung durch m. Feld: r-(sin ablenkwinkel alpha * r) = 1.9mm

Da du in ganzen cm rechnest, faellt das natuerlich nicht ins Gewicht.

Die D+ kommen also 7.8mm versetzt zu den H+ raus.

Deine Pythagoras Rechnung kann ich grad nicht nachvollziehen.

Noch was: eigentlich kann man ja nicht einfach die Ablenkungen subtrahieren, da die Ablenkung durchs m. Feld kreisfoermig stattfindet und somit die Geschwindigkeit in horizontaler Richtung geaendert wird, das muesste aber hier vernachlaessigbar sein.
 
Hmm aber das Sigma ist ja dann nur der Winkel den das Magnetische Feld verursachen würde oder?

Ich hab nämlich grad nochmal völlig anders angesetzt und erstmal ein F(gesamt) ausgerechnet. Da die beiden ja gegeneinanderstehen hab ich Fges=Fel-Fm gerechnet.
F=e*(Uk/d - v*B)
außerdem gilt ja
F=m*a
So das ganze hab ich dann gleichgesetzt und nach a aufgelöst.
Wir haben ja dann zwei Bewegungsrichtungen.
Einmal in x-Richtung: x=v*t (wirkt ja keine beschleunigende Kraft)
Und in y-Richtung: y=1/2 a t²
Aus oberen folgt t=x/v und das zusammen mit dem anderen gibt ne richtig eklige Gleichung die mir aber für beide Felder gleichzeitig den genauen y-Wert an der Stelle x gibt. Dacht ich jetz mal so.

y=e*(Uk/d - v*B) * 1/(2m v²) * x²

Abgeleitet gibt das dann

y=e*(Uk/d - v*B) * 1/(m v²) * x

Für x hab ich jetzt l genommen und den Rest eingesetzt. Dann hab ich die Steigung der Bahnkurve die das D-Teilchen abfährt am Ende des Kondensators.
Darauf den Tangens müsste mir doch dann den Ablenkwinkel geben oder?
Kommt bei mir zumindest 3,46° raus. und gezeichnet stimmt das dann auch eher mti deinen 7,8mm versetzt raus.

Geht das?

mfg und schonmal vielen dank
schnefels
 
Ja, so hab ich auch zwischendrin angesetzt, aber verworfen weil ich dachte dass man die Aenderung der Geschwindigkeit in x Richtung durch das mag. Feld nicht einfach vernachlaessigen kann. Wenn man das aber voraussetzt (was durchaus sinnvoll ist) klappts so wie du es rechnest. Ist sogar relativ elegant :)
 
Naja da gibts nix zu vernachlässigen. Immerhin übt das magnetische Feld laut meinem Physikbuch als Grundsatz keine Geschwindigkeitsänderung auf ein Teilchen aus sondern nur eine Richtungsänderung. Weiß nicht ob sich das außerhalb eines bayrischen Lehrplans wirklich so verhält. :p

Aber durch die Bestätigung hoff ich mal mein Kursleiter sieht das genauso :LOL:

Vielen Dank nochmal!!!

mfg
schnefels
 
Ja, aber durch die Kreisbewegung wird das Teilchen nach oben/unten abgelenkt und ist somit entlang der x-Achse langsamer, entlang der y-Achse schneller. Die Geschwindigkeit des Teilchens selbst aendert sich nicht.

Extrembeispiel:

Ablenkung durch mag.Feld um 90 Grad, das Teilchen hat keine x-Geschwindigkeit mehr sondern fliegt nur noch nach oben/unten.
 
Hmm wir habens bisher immer vernachlässigt bzw gesagt des ändert sich net. So dann kann mir der Kursleiter auch keinen Strick daraus drehn.

Aber zumindest merk ich mal wieder das Lehrpläne von Beamten in kleinen verstaubten Bürozimmern fernab von Realität geschrieben wurden *g*

mfg
schnefels
 
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