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Höhere Experimentalphysik I
Institut für Angewandte PhysikGoethe-Universität Frankfurt am Main
Wintersemester 2018/19
1. Teil / 4. Vorlesung16.11.2018
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Zusammenfassung• Geschwindigkeit der Elektronen beim Schweißen• Bewegung von Elektronen in (metallischen) Festkörpern
• Gleichförmige (unbeschleunigte) Bewegung wegen Viskosität• Gegenkraft ist Widerstand, nur Abhängig von – mittlerer
Stoßzeit
• Experimente:• Erwärmung durch bewegte Ladungen• Driftgeschwindigkeit in Metallen
• Hall-Effekt und Anormaler Hall-Effekt• Elektronengeschwindigkeit und Magnetfeld• Verschiebung der Fermikugel • Experiment:
• Temperaturabhängiger Widerstand
Höhere Experimentalphysik 1
Der Hall-Effekt
Edwin Herbert Hall 1855 - 1938
b
Elektrische Kraft
Hall - Spannung
Lorentz - Kraft
Höhere Experimentalphysik 1
Der Hall-Effekt
Höhere Experimentalphysik 1
Der Hall-Effekt
Höhere Experimentalphysik 1
Experiment:Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Metallen
Höhere Experimentalphysik 1
Der Hall-Effekt
Höhere Experimentalphysik 1
Der Hall-Effekt
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Definition der Stromstärke
• Wer hat‘s definiert? Im „Reichs-Gesetzblatt“ vom 1. Juni 1898 wird es wie folgt definiert:
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Definition der Stromstärke
• Wer hat‘s definiert? Im „Reichs-Gesetzblatt“ vom 1. Juni 1898 wird es wie folgt definiert:
„Wir Wilhelm, von Gottes Gnaden Deutscher Kaiser, König von Preußen etc. verordnen im Namen des Reichs, nach erfolgter Zustimmung des Bundesraths und des Reichstags, was folgt:“
https://de.wikisource.org/wiki/Gesetz,_betreffend_die_elektrischen_Ma%C3%9Feinheiten
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Stromwaage• Wie stark ist die Kraft auf einen
Leiter?• Gleicher Strom fließt durch drei
„dünne“ Spulen• Magnetfeld verursacht eine Kraft
zusätzlich zur Gewichtskraft, diese kann man durch Gegengewichte bestimmen
http://thomas.orgis.org/vortraege/stromwaage2/vortrag.htmlEncyclopædia Britannica Eleventh Edition, Vol. 1, Page 882
B F
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Definition der Stromstärke• Die heutige Definition:„1 A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2·10−7 Newton pro Meter Leiterlänge hervorrufen würde.“
• relativ schwierig zu messen• Geplant ist, in Zukunft nach der
Anzahl der durchflossenen Elementarladungen pro Zeit zu definieren
Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main
Der Proximity Effekt• Parallel verlaufende Leiter
wirken eine Kraft aufeinander aus – das hat einen Einfluss auf die Stromdichteverteilung im Leiter
• Technische Lösung: HF-Litze• Tritt aber auch bei
Gleichstrom auf
• Ist nicht der Skin-Effekt (kommt später)
http://www.elektrisola.com/de/hf-litze/produkte/begriffe-grundlagen/technische-grundlagen-und-berechnung.html
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Die FadenstrahlröhreErzeugung eines
Elektronenstrahles
(1) Glühfilament(2) Wehnelt-Zylinder(3) Lochblende
s
·
𝑊=𝑚𝑒∫𝑎𝑑𝑠
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Die FadenstrahlröhreBewegungsgleichung eines Elektrons im magnetischen Feld
Lorentz - Kraft
Magnetfeld in z - Richtung
(2)
(3)
(1)
Lösung für vx; vy entsprechend
(1) nach der Zeit ableiten und (2) einsetzen
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Die Fadenstrahlröhre
Zentrifugalkraft
Lorentz - Kraft
im mitrotierenden Bezugssystem
Kräftegleichgewicht bei der Bewegung eines Elektrons im magnetischen Feld
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Die FadenstrahlröhreExperimenteller Aufbau
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Experiment:Fadenstrahlröhre