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Physik-LK · Skript 5 · Quantenphysik

Elektronenbeugungsröhre

Elektronen werden mit UB beschleunigt und durchsetzen eine dünne Folie aus polykristallinem Graphit. Auf dem Leuchtschirm im Abstand L = 13,5 cm entstehen zwei Ringe, wie bei der Beugung von Röntgenlicht an Kristallen. Die Elektronen verhalten sich wie Wellen mit der de-Broglie-Wellenlänge λ = h√(2 me e UB); für kleine Winkel ist der Ringradius r ≈ L · λd.

So gehst du vor

  1. 1Stelle die Beschleunigungsspannung ein.
  2. 2Ziehe den gestrichelten Messkreis mit dem Finger genau auf die Mitte des inneren Rings und tippe „in Tabelle A“.
  3. 3Ziehe ihn auf den äußeren Ring und tippe „in Tabelle B“.
  4. 4Wiederhole für mindestens fünf Spannungen zwischen 2 kV und 8 kV und werte beide Tabellen aus.
Beschleunigungsspannung
4,00 kV
Messkreis r
1,50 cm

Beschleunigungsspannung UB

4,00 kV

Messkreis

1,50 cm

Den Messkreis genau auf die Mitte des Rings legen. Bei 4,00 kV ist λ = 19,4 pm. Netzebenenabstände im Graphit (zum Vergleich): d1 = 213 pm, d2 = 123 pm.

A Innerer Ring: Radius über der Wellenlänge

Im Diagramm steht statt UB die daraus berechnete Wellenlänge λ.

Nr.Spannung UB in kVRadius r in cm
0510152025300,00,51,01,52,02,53,03,54,0λ in pmr in cm

B Äußerer Ring

Nr.Spannung UB in kVRadius r in cm
0510152025300,00,51,01,52,02,53,03,54,0λ in pmr in cm

Aufträge

  1. Erhöhe die Beschleunigungsspannung. Werden die Ringe größer oder kleiner? Begründe mit der de-Broglie-Wellenlänge.
  2. Berechne für 4 kV die Wellenlänge und die erwarteten Ringradien. Miss nach und vergleiche.
  3. Miss beide Ringe bei fünf Spannungen zwischen 2 kV und 8 kV und bestimme die Netzebenenabstände aus den Tabellen.
  4. Warum entstehen Ringe und keine einzelnen Punkte wie bei einem Einkristall?
  5. Welche Spannung braucht man, damit die Elektronen dieselbe Wellenlänge haben wie Röntgenstrahlung mit 50 pm?

Theorie: Quanten-Skript, Abschnitte „Die de-Broglie-Hypothese“ und „Die Elektronenbeugungsröhre“.

Üben in Minærva Noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript: