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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

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Definition der Stromstärke

• Wer hat‘s definiert? Im „Reichs-Gesetzblatt“ vom 1. Juni 1898 wird es wie folgt definiert:

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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

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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

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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

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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