Versuche

• Ein Elektroskop besteht aus einem metallischen Gehäuse, in das isoliert ein metallisches Gestänge mit drehbarem Zeiger eingebaut ist.

• Die Funktionsweise des Elektroskops basiert auf der abstoßenden Kraft zwischen gleichnamigen Ladungen. Bringt man auf den Teller des Elektroskops z.B. negative Ladungen, so verteilen sich diese auch auf das Gestänge und den Zeiger. Der drehbar gelagerte Zeiger wird vom gleichnamigen Gestänge abgestoßen, es kommt zu einem Ausschlag (1. Ladungsnachweis). Der Zeigerausschlag wächst mit der auf den Teller gebrachten Ladungsmenge (Additivität der elektrischen Ladung).

• Alte Röhrenfernseher (Braun´sche Röhre)

• Bestimmung des Erdmagnetfeldes (Hall-Effekt)

• Untersuchung verschiedener Stoffe bzw. Elemente (Massenspektroskopie)

• Medizinische Untersuchungen (Elektronenmikroskop,Strahlentherapie)

• Einfach nur schön (Polarlichter)

Die Bewegung von geladenen Teilchen in elektrischen Feldern hatte insbesondere für den Bau von Oszilloskopen (Prüfgeräte in der Elektronik) eine hohe technische Bedeutung.

• Damit die Bewegung der Ladungen nicht durch Stöße mit Luftmolekülen o.ä. gestört wird, muss man dafür sorgen, dass sich die Ladungen in einem evakuierten Raum, z.B. in einer luftleer gepumpten Glasröhre, bewegen können.

• Zur Erzeugung - insbesondere von Elektronen - verwendet man den von Thomas Alva EDISON (1847 - 1931) gefundenen Glühelektrischen Effekt. Hierbei wird eine im Vakuum befindliche Heizwendel durch Stromfluss so stark erhitzt, dass sie glüht. In diesem Zustand können Elektronen aus der Heizwendel austreten (man sagt salopp "Elektronen werden aus der Wendel abgedampft") und eine negative Raumladungswolke um die Heizwendel bilden. Dieser Vorgang hat eine große Ähnlichkeit mit dem Heraustreten von Atomen aus einer Flüssigkeit beim Verdampfen bzw. Verdunsten.

• Um die aus der Heizwendel austretenden Elektronen zu beschleunigen und einen feinen Elektronenstrahl zu erzeugen, bringt man in die Nähe der Heizwendel (Kathode) eine positiv geladene Elektrode mit Loch (Anode). Dabei werden die aus der Kathode austretenden Elektronen in einem elektrischen Längsfeld so stark auf die Anode zu beschleunigt, dass sie durch das Anodenloch jenseits der Anode fliegen und dort einen feinen Strahl schneller Elektronen bilden.

  Hinweis: Zur besseren Bündelung der Elektronen (Fokussierung) verwendet man meist noch eine weitere Elektrode zwischen Kathode und Anode, den sogenannten WEHNELT-Zylinder, auf den wir hier aber nicht näher eingehen. Die Einheit aus Kathode, WEHNELT-Zylinder und Anode wird auch als Elektronenkanone bezeichnet.

• Trifft der Elektronenstrahl auf einen mit einer geeigneten Schicht bestrichenen Schirm, so leuchtet dieser im Auftreffpunkt des Elektronenstrahls z.B. in der Farbe grün oder blau auf.

Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld, dann baut sich senkrecht sowohl zur Stromfluss- als auch zur Magnetfeldrichtung über dem Leiter eine Spannung auf.

Diesen Effekt bezeichnet man als HALL-Effekt, die aufgebaute Spannung als HALL-Spannung UH.

Ist I die Stärke des Stroms durch den Leiter, B die magnetische Feldstärke und d die Dicke des Leiters parallel zu B→, dann berechnet sich die HALL-Spannung durchUH=RH⋅I⋅B/dmit der vom Material des Leiters abhängigen HALL-Konstanten RH.

Durch ein Plätchen wird ein Strom geleitet. Gleichzeitig wird senkrecht dazu ein Magnetfeld angelegt. Jedes Elektron wird durch die Lorentzkraft nach oben abgedrängt. Dadurch bildet sich an der oberen Kante ein Elektronenüberschuss, an der unteren ein Elektronenmangel. Es entsteht eine Spannung senkrecht zur Stromrichung.

Heute weiß man, dass Polarlichter durch eine hauptsächlich aus Elektronen und Protonen bestehende Teilchenstrahlung, dem Sonnenwind, hervorgerufen wird. Diese, von der Sonne ausgehende Teilchenstrahlung (kein Licht), trifft auf das magnetische Feld der Erde und "verbiegt" dieses, so dass das Feld zur sonnenabgewandten Seite wie ein Kometenschweif hinausgedrückt wird.

Bei einer gleichförmigen Bewegung wirkt auf den Körper stets eine Kraft, die immer zum Kreismittelpunkt zeigt. Diese Kraft wird als Zentripetalkraft bezeichnet.

• Ein Federpendel besteht aus einem Pendelkörper, der an einer horizontalbeweglichen Feder befestigt ist. Die Gewichtskraft auf den Pendelkörper wird z.B. durch eine Luftkissenbahn kompensiert.

• In der Regel machen wir zur mathematischen Beschreibung des Federpendels folgende vereinfachende Annahmen:

  • Die Bewegung des Pendelkörpers und der Feder verläuft reibungsfrei.

  • Die Masse der Feder wird vernachlässigt.

  • Der Betrag der Federkraft ist proportional zur Ausdehnung der Feder.

• Ein Fadenpendel (oder auch Mathematisches Pendel) besteht aus einem Pendelkörper der Masse m, der mit einem Faden der Länge l an einer Befestigung aufgehängt ist. Wichtig dabei: Die Länge l reicht immer vom Aufhängungspunkt bis zum Schwerpunkt des Pendelkörpers. Der ganze Aufbau befindet sich an einem Ort mit dem Ortsfaktor g.

  Der Pendelkörper wird anfangs eine kleine Strecke x0 (vgl. hierzu auch den Hinweis am Ende des Artikels) aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt, festgehalten und dann losgelassen

• In der Regel machen wir zur mathematischen Beschreibung des Fadenpendels folgende vereinfachende Annahmen:

  • Die Bewegung des Pendelkörpers und des Fadens verläuft reibungsfrei.

  • Die Masse des Fadens wird vernachlässigt.

  • Der Pendelkörper wird anfangs nur eine kleine Strecke ausgelenkt.