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Elektrische Ladung in einem Magnetfeld
 

Elektrische Ladung in einem Magnetfeld

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Elektronen spielen die Hauptrolle in vielen Bereichen von Wissenschaft und Technik, wie sie elektrischen Ladung, damit sie weiterhin aktuelle besitzen.

Elektrische Ladung, oder Q, ist eine physikalische Eigenschaft beschreibt, ob eine Einheit der Materie hat damit negativ geladen, mehr Protonen, so dass es positiv geladen, mehr Elektronen oder eine gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen, so dass es ungeladen. Diese grundlegende Eigenschaft beschreibt elektromagnetische Wechselwirkung, wo wie Gebühren abgestoßen werden, und gegenüber Ladungen angezogen werden.

J.j. Thomson ist mit der Entdeckung des Elektrons gutgeschrieben, wo er zeigte, dass eine Kathodenstrahlröhre durch ein magnetisches Feld in einer evakuierten Röhre abgelenkt werden könnten. Dies führte zu dem Schluss, dass die Elektronen eine dauerhafte negative Ladung tragen und aktiviert seine Berechnung der Elektronen-Ladungs-Masse-Verhältnis.

Dieses Video wird das Konzept der Kraft auf eine Ladung in einem Magnetfeld und die Berechnung der Ladungs-Masse-Verhältnis von einer Elektrode mit einer Kathodenstrahlröhre Experiment ähnlich dem verwendet von j.j. Thomson einführen.

Permanent-Magnete, wie z. B. Magnete, bar haben Nord- und Südpol. Ungleiche Pole ziehen sich gegenseitig, während ähnliche Polen gegenseitig abstoßen. Permanent-Magnete erzeugen ein magnetisches Feld, oder B, wo die Richtung des Feldes immer Norden nach Süden ausgerichtet ist. Ebenso kann ein Magnetfeld durch bewegte elektrische Ladungen erzeugt, oder Strom in einem Draht.

Die Ausrichtung des Drahtes, wie eine Schleife oder Spule, das Ausmaß und die Richtung des Stromes Einfluss auf das Magnetfeld. Wie bei jedem Vektorfeld kann ein magnetisches Feld zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Richtung und Größe angegeben werden.

Eine der wichtigsten Eigenschaften eines magnetischen Feldes ist, dass es kann Kraft auf einer bewegten Ladung, die Größe der Kraft auf ein Teilchen wird durch die Lorentz-Kraft Gesetz beschrieben; wo Kraft entspricht dem Ausmaß der die Ladezeiten das Kreuzprodukt der seine Geschwindigkeit und das magnetische Feld.

Das Ausmaß der durch das Magnetfeld erzeugte Kraft kann dann in Bezug auf den Winkel zwischen der Geschwindigkeit und Magnetfeld, Theta geschrieben werden. Wegen dieser Winkel ist die Kraft höchsten, wenn die Geschwindigkeit und das Magnetfeld senkrecht zueinander stehen. Es gibt keine Kraft, wenn die Geschwindigkeit und das Feld parallel zueinander sind.

Die Richtung der Kraft steht senkrecht auf der Ebene definiert durch die Geschwindigkeit und Magnetfeld. Die Richtung dieser Kraft kann ganz einfach mit der rechten Hand Regel bestimmt werden. Die Rechte-Hand-Regel wird von den Fingern der rechten Hand in die Richtung der Geschwindigkeit zeigt, und kehren sie in die Richtung des magnetischen Feldes genutzt.

Wenn der Daumen steckt, weist es in die Richtung der Kraft durch das Magnetfeld auf der bewegten Ladung, wenn die Ladung positiv ist. Wenn die Ladung negativ ist, ist die Kraft die entgegengesetzte Richtung.

Da die Kraft senkrecht zur Geschwindigkeit ist, kann es nur die Richtung der Geschwindigkeit ändern. Wenn die Geschwindigkeit und das Magnetfeld senkrecht zu einander sind, folgt die geladenen Teilchen eine Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit.

Newtons zweite Gesetz kann verwendet werden zur Berechnung der Ladungs-Masse-Verhältnis eines Elektrons, wo ist die Beschleunigung die zentripetale Beschleunigung. In Kombination mit dem Gesetz der Energieerhaltung und der Lorentz-Kraft Gesetz kann eine Gleichung, die im Zusammenhang mit der Ladungs-Masse-Verhältnis und das Potenzial und Magnetfeld erzeugt werden.

Die Ladungs-Masse-Verhältnis kann daraufhin mit einem Kathodenstrahl-Setup berechnet werden. Drei Stücke von Informationen; die Beschleunigungsspannung, die Stärke des Magnetfeldes und der Radius der Kreisbahn, gefolgt von geladenen Teilchen werden für die Berechnung benötigt.

Nun, sehen wir uns dieses Konzept und Berechnung mit einer Kathodenstrahlröhre. In diesem Experiment Elektronen beschleunigt in ein Rohr, und werden dann von einem angelegten Magnetfeldes abgelenkt. Die Ladungs-Masse-Verhältnis eines Elektrons wird dann berechnet und im Vergleich zu den bekannten Wert.

Erstens mit der experimentellen Apparat vertraut. Beachten Sie, dass es zwei unabhängige Schaltkreise im Gerät gibt, von denen das, die erste das Magnetfeld erzeugt.

Suchen Sie die Spulen, die das Magnetfeld und das digitale Amperemeter, ermöglicht die Messung von Strom zu erzeugen. Suchen Sie den Doppel-Pole-Double-Throw-Schalter, der wird verwendet, um die Richtung des Stromes rückgängig zu machen, und deshalb kehrt das magnetische Feld.

Liefern Sie Strom an die Spulen, die das Magnetfeld mit der Wählscheibe zu erstellen.

In der zweiten läuft Schaltung die Elektronenröhre. Suchen Sie die Hochspannungsversorgung, setzt die Beschleunigung Spannung und einem alternierenden Signal 6,3 V mit einem Filament verbunden. Elektronen sind durch das Filament erzeugt und durch die Beschleunigungsspannung beschleunigt.

Schalten Sie in der zweiten Schaltung die Hochspannungs-Stromversorgung einschalten das Filament. Beachten Sie, dass das Licht, das im Inneren des Rohres auf die glühende Wendel.

Nach und nach die Hochspannung bis etwa 2000 V aufdrehen. Der Teil des Bildschirms in der Röhre, die durch den Elektronenstrahl betroffen ist, sollte leuchten blau den Elektronenstrahl sichtbar machen.

Stellen Sie als nächstes den Strom durch die Spulen, die Schaffung einer einheitlichen Magnetfeld. Beachten Sie, dass die Strömung nach oben oder unten angepasst wird, ändert sich der Pfad des Balkens. Stellen Sie den Strom um den Strahl durch einen bestimmten Punkt XY in der Startaufstellung zu übergeben. Notieren Sie die Größe des Stromes erforderlich, um diesen Punkt zu treffen.

Umzukehren Sie den Strom um den Balken in die entgegengesetzte Richtung Kurve, und einstellen Sie den Strom, bis der Strahl durch den Punkt X, negative Y: oder das Spiegelbild der ursprünglichen Punkte verläuft. Notieren Sie die Größe des Stroms. Wiederholen Sie für vier weitere beschleunigenden Spannungen, verwenden die gleichen XY X negative Y-Punkte.

Beachten Sie, dass die Beschleunigungsspannung wird erhöht und die Elektronen schneller reisen, der Strahl weniger beugt. So muss der Spulenstrom höher, das gleiche X, Y-Punkt zu erreichen sein.

Anschließend wiederholen Sie das vollständige Experiment, während dieser Zeit Beschleunigung Spannung konstant zu halten, und Variation der X, Y und X, negative Y-Positionen. Sammeln Sie fünf Datensätze, Aufzeichnung von Punktkoordinaten und Stroms für jeden Punkt und seinem Spiegelbild.

Der Radius R, der den Strahlengang für jedes Beschleunigungsspannung kann mit dem Satz des Pythagoras berechnet werden.

Durchschnitt der zwei Ströme benötigt, drücken Sie X, Y und X, negative Y-Punkte für jeden Beschleunigungsspannung, die Wirkung von dem Erdmagnetfeld zu entfernen. Machen Sie dasselbe für die abwechslungsreiche X, Y und X, negative Y-Paare bei der gleichen Beschleunigungsspannung. Verwenden Sie dann die durchschnittliche Stromstärke berechnen die Stärke des Magnetfeldes, B. Bei diesem Setup ist das magnetische Feld gleich 0.00423 Mal den Strom.

Wenn die Beschleunigungsspannung variierend, verwenden Sie den Wert des Magnetfeldes, die konstanten Radius und die entsprechende Spannung, um die Größe der Ladung zu Masse-Verhältnis des Elektrons zu berechnen. Ebenso bei Variation der X, verwenden Y-Positionen, Sie den Wert des magnetischen Feldes, die konstante Spannung und den entsprechenden Radius das Elektron Ladungs-Masse-Verhältnis berechnen.

Dann berechnen Sie den Mittelwert für unterschiedliche Spannung beschleunigt und unterschiedlichen X & Y-Standorte-Bedingungen. Diese experimentell berechnete Verhältniswerte vergleichen gut auf die bekannten Ladungs-Masse-Verhältnis des Elektrons.

Geladene Teilchen, die sich in einer Kreisbahn aufgrund eines angelegten Magnetfeldes bewegen, haben ein breites Anwendungsspektrum in der Technologie.

Massenspektrometer identifiziert unbekannte Bestandteile einer Probe anhand ihrer Ladungs-Masse-Verhältnis. Partikel Reisen in einen anderen Radius je nach ihrer Ladungs-Masse-Verhältnis, der Beschleunigungsspannung und der angelegten Magnetfeldes. Diese Parameter ermöglichen die Trennung der verschiedenen Komponenten.

In diesem Beispiel flüchtige Gase in einem abschließbaren Reagenzglas gesammelt wurden, und dann mit Massenspektrometrie analysiert. Die Gasmoleküle wurden mit einem Elektron Auswirkungen Ionisator ionisiert. Die geladenen Teilchen wurden dann anhand ihrer Ladungs-Masse-Verhältnis getrennt.

Vor dem LCD LED und Plasma-Screen-Technologie, Kathodenstrahlröhren, wie die experimentelle richten Sie in diesem Video verwendet bildeten die Grundlage für alle TV-Bildschirme und Computer-Monitore. Die Kathodenstrahlröhren bestanden aus mehreren Elektronenkanone, um mehrere Farben und Leuchtschirm, zeigen die einzelnen Plätze zu erreichen.

Allgemeine Laborgeräte verwendet immer noch Kathodenstrahlröhre zeigt, wie grundlegende Oszilloskope. Der Unterschied ist, dass die Ablenkung der Elektronen erfolgt über elektrostatische Ablenkung, sondern als magnetische Ablenkbarkeit.

Sie sah nur Jupiters Einführung in elektrische Ladungen in einem Magnetfeld. Sie sollten jetzt verstehen, wie Elektronen durch Magnetfelder beeinflusst werden und wie man ein magnetisches Feld verwenden, um die Ladungs-Masse-Verhältnis eines Elektrons bestimmen. Danke fürs Zuschauen!

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