EF-P04 Elektronenstrahlröhre


01 Vorbereitung auf das Kolloquium

Zur Vorbereitung auf das Gespräch über die Elektronenstrahlröhre machen Sie sich bitte mit den Inhalten der folgenden Dokumente vertraut:


Wir haben uns im Unterricht bereits darüber unterhalten, dass Elektronen klassisch als geladene Kugeln bechrieben werden können, die sich auf einer berechenbaren Flugbahn durch die Elektronenstrahlröhre bewegen. In einem Ausblick auf die Quantentheorie haben Sie bereits erfahren, dass Experimente wie der Doppelspaltversuch ein anderes Modell zur Beschreibung der Vorgänge in der Elektronenstrhlröhre nahelegen:

  • die Ausbreitung der Elektronen wird mit Hilfe einer Wellenfunktion beschrieben, mit deren Hilfe man berechnen kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit man ein Elektron an einem bestimmten Ort in der Elektronenstrahlröhre messen kann.
  • die Messung des Elektrons (Wechselwirkung mit anderen Partikeln) liefert zur Beschreibung des Elektrons immer einen bestimmten Ort, eine bestimmte Masse und eine bestimmte Geschwindigkeit des Elektrons, wobei aber nicht alle dieser Größen gleichzeitig beliebig genau gemessen werden können. Dazu mehr im Thema Quantentheorie.

Zur Programmierung der folgenden Simulation wurde die Mathematik des klassischen Modells verwendet. Die kleinen Kreise auf dem Bildschirm modellieren ein Elektron. Die Bewegung der Modellelektronen wird mit strukturgleichen Formeln simuliert, so als ob die Modellelektronen Kräfte durch elektrische Felder erfahren würden. Die Stärke und Richtung der simulierten elektrischen Felder wird durch die angelegte Spannung gesteuert. Mit der Veränderung der angelegten Spannung kann die Modell-Flugbahn der Modellelektronen gesteuert werden.

In der Simulation sollen Sie üben, die elektrischen Felder zu variieren und abhängig davon die Flugbahn der Elektronen zu berechnen. Die damit entwickelten Fertigkeiten sollen Sie danach auf das Realexperiment übertragen, indem Sie einen Versuchsablauf planen, mit dem die theoretisch hergleiteten Formeln am Realexperiment überprüft werden können. Da die Elektronenstrahlröhre mit Hochspannung betrieben wird, dürfen Sie selbst das Relexperiment nicht durchführen, aber die Lehrkraft wird Ihre Versuchsanleitung umsetzen.


Experiment E01

Starten Sie die folgende Simulation zur Elektronenstrahlröhre in einem neuen Fenster und machen Sie sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise der Simulation vertraut.

E01.01: Starten Sie die Elektronenemission und stellen Sie die Ablenkspannung des Kondensators so ein, dass die Modellelektronen auf die Platten des Plattenkondensators auftreffen. Berechnen Sie den Auftreffpunkt und vergleichen Sie den theoretischen Wert mit dem simulierten Wert. Zur Kontrolle können Sie die Schaltfläche Messdaten anzeigen aktivieren.

E01.02: Starten Sie die Elektronenemission und stellen Sie die Ablenkspannung des Kondensators so ein, dass die Modellelektronen auf den Schirm auftreffen, wobei sie aber abgelenkt werden sollen. Berechnen Sie wieder den Auftreffpunkt und vergleichen Sie den theoretischen Wert mit dem simulierten Wert. Zur Kontrolle können Sie auch hier die Schaltfläche Messdaten anzeigen aktivieren.

E01.03: Dokumentieren Sie für die Teilaufgaben 01 und 02 jeweils die Einstellung der Simulation und die Berechnung des Auftreffpunkts.

E01.04: Die Simulation wurde so programmiert, dass die x-Koordinate, an welcher die Modellelektronen den Modellglühdraht verlassen leicht variiert. Erläutern Sie, was für die Bewegung der Elektronen folgt, wenn diese an unterschiedlichen x-Koordinaten ihren Flug durch das beschleunigende elektrische Feld beginnen.

In einem neuen Fenster starten: Elektronenstrahlröhre


Experiment E02

E02.01: Planen Sie den Ablauf des Realexperiments zur Bestätigung der mathematischen Modellierung zur Bewegung des Elektronenstrahls.

  • Welche Messwerte müssen gemessen werden?
  • Wie können die Messwerte am Aufbau des Realexperiments gemessen werden?
  • Welche Berechnungen müssen durchgeführt werden?

E02.01: Lassen Sie das Realexperiment durchführen, berechnen Sie die erwarteten Auftreffpunkte und vergleichen Sie diese mit den Messdaten. Kommentieren Sie Ihre Ergebnisse.


Erstellen Sie mit einem Textverarbeitungsprogramm Ihrer Wahl das Praktikumsprotokoll. Benennen Sie die Datei in der Form: kursnummer-p05-nachname1-nachname2-...-protokoll.odt/docx/.... Lassen Sie das Dokument in der vereinbarten Weise ihrer Lehrkraft zukommen. Falls Sie das Protokoll per Hand schreiben wollen, fügen Sie das eingescannte/fotografierte Protokoll in die Datei ein (5 CP).