Hallo! Als kleine Bastelei zwischendurch habe ich mir die Bestimmung des Quotienten e/m (e...Elementarladung = 1.6*10^-19 As, m...Elektronenmasse = 9.1*10^-31 kg) vorgenommen. Dies habe ich schon mittels Elektronenröhre (RE144) bzw. mittels magic-eye-tube durchgeführt. Link: https://www.youtube.com/watch?v=LLBvIuJq1A0&t=1s Diese Variante mit einem Ringmagneten ist/wäre aber noch simpler. Dazu benötige ich nur einen CCFL-Inverter mit anschließender Kaskade für die Hochspannung, einem Magnetometer und eventuell noch ein Hochspannungsmessgerät zur Bestimmung der Ausgangsspannung. Diese kann ich aber auch einfach über die Funkenlänge Spitze-Spitze abschätzen (siehe Graph). Zur Messung der Flussdichte B kommt eine Hallsonde CYSJ362A zum Einsatz. Damit kann ich Flussdichten zwischen 0.01 und 2.5 Tesla messen. Die Auswertung und Anzeige übernimmt ein Arduino Nano. Video: https://www.youtube.com/watch?v=VMVHhlgeheA&t=1s Jetzt werde ich mir einmal die Hochspannungsquelle basteln und einige Teile (Ringmagnet etc.) besorgen...
Fuer die Flussdichte nimmt man eine Helmholtzspule, deren Feld kann man genau rechnen, sicher genauer wie eine Hallfeldsonde messen kann. Bedeutet man bestimmt die Flussdiche als Strom. Welchen man auf vielleicht 5 Stellen mesen kann.
@Bonzo: Ich vermeide ja bewusst einen komplexeren Aufbau mit Helmholtzspule etc. Warum sollte die Hallsonde nicht hinreichend genau messen können? Das Feld im Inneren des Ringmagneten ist sicherlich auch nicht extrem inhomogen... So, Ringmagnet habe ich noch keinen besorgen können, dafür funktioniert bereits die Kaskade + CCFL-Inverter. Bekomme bei rund 5V Eingangsspannung Funkenlängen von mehr als 1 cm zustande. Ziel ist es, den Biegeradius r der Funken im Inneren des Ringmagneten zu bestimmen und daraus e/m zu berechnen. Vom Prinzip her gleich/ähnlich wie mit der magic-eye-Röhre aber dort muss ich eine Zylinderspule über die Röhre stülpen. Hier spielt sich alles im Ringmagneten ab. Wenn es funktioniert, soll es dann wie auf der Abbildung aussehen. Ich hoffe, die Entladung spricht auch auf das Magnetfeld an. Problem wird aber sein, aus der Spannung U bzw. der Feldstärke E die Geschwindigkeit/Driftgeschwindigkeit v der Elektronen zu bestimmen. Wie im Vakuum mit Ekin = e*U = m*v^2/2 (nicht relativistisch) kann ich mit Sicherheit nicht rechnen. Es gilt ja für die Beweglichkeit µ: v = µ * E (E...elektrische Feldstärke). Nur finde ich im Internet nirgends einen Wert für µ in einer Funkenentladung. Mal schauen, was sich noch so ergibt...
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Ist alles eine Frage der Genauigkeit, reso des Fehlers. Wenn du mit 10% zufrieden bist..
Leider waren die heutigen Messungen mit dem Ringmagnet nicht erfolgreich. Ich konnte keinerlei systematische Krümmung erkennen. Habe den Ringmagneten auch mehrmals umgedreht um zu überprüfen, ob nun eine andersseitige Krümmung erfolgt. Leider ergebnislos. Ich könnte es noch mit einem Diodensplittrafo versuchen, aber dies wird wohl ziemlich sicher keinen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Bei durch Stöße reduzierter Geschwindigkeit v müsste eigentlich ein kleinerer Krümmungsradius r zu erwarten sein, den man auch deutlicher erkennen würde als etwa bei sehr hohen Geschwindigkeiten im Vakuum. Mal schauen, ob ich hier noch weiter forsche... ;)
Und wie ist denn die Form des B-Feldes dieses Ringmagneten ? Zeichne das doch mal als 3D
In welcher Groessenordnung ist das Magnetfeld an der gemessenen Stelle ? Welche Geschwindigkeit, und welche Kruemmung erwartest du denn ? Ja, das sollte man rechnen koennen.
Hier ist das Magnetfeld eines Ringmagneten abgebildet: https://www.researchgate.net/publication/252055999_Permanent-Magnet_Helicon_Discharge_Array/figures?lo=1 Demnach sollte man im Inneren des Ringmagneten ein stark vertikal ausgerichtetes Magnetfeld erwarten dürfen. Habe soeben die Flussdichte im Inneren des Ringmagneten gemessen: 50 mT Für den Kreisbahnradius r der Elektronen gilt ja die Formel: r = (m * v)/(e * B) Setze ich eine Geschwindigkeit von 10^4 m/s ein, erhalte ich einen Bahnradius von nur 1.1 µm, bei v = 10^7 m/s beträgt r = 1.1 mm. Leider habe ich trotz intensiver Suche nichts im Internet über die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einer Funkenentladung gefunden. Wenn ich wenigstens die Raumladungsdichte in einem Funken und die Stromstärke kennen würde, könnte ich v auch ausrechnen/abschätzen. Ich gehe ja ganz stark davon aus, dass mir die geringe freie Weglänge und die dadurch bedingten Stöße bzw. der Drift (nicht nur durchs E-Feld sondern auch durch die Lorentzkraft bedingt) einen Strich durch die Rechnung macht. Ich frage mich nur, warum in diesem Video, welches als Ausgangspunkt für mein Experiment fungierte, zu Beginn die Krümmung schön zu sehen ist: https://www.youtube.com/watch?v=BtyjfdMXC5o&t=53s
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Danke ich weiss schon wie das Feld ausschauen sollte fuer so ein experiment. Die Frage ist nur, ob der Ferrit auch so magnetisiert ist... Nun.. die Ablenkkraft ist die Lorentz Kraft. Ja, bei zu vielen Stoessen, heisst bei Normaldruck ist die Geschwindigkeit vielleicht nicht so hoch. Also probier's mal mit etwas Vakuum. Bei zB 0.01..1mBar, verhalten sich Gase besser. Die Weglaenge ist auch groesser. Wir haben das Experiment damals mit einer Vakuumroehre mit ganz wenig Gas drin gemacht. Weder das Gas, noch der Druck stand im Vordergrung, deshalb hab ich mich damals nicht drum gekuemmert. Die Roehre war zugeschmolzen. Der Elektronenstrahl leuchtete einfarbig, rot oder blau, weiss ich nicht mehr. 50mT ist nicht so der Hammer. Zum video. Ja, man kann mit so einem Feld DC Funken loeschen. Die bewegen sich und blasen sich so aus. Eine Frage der Feldstaerke. Man benoetigt aber DC fuer so ein Bild.
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Meine Kaskade liefert aber auch DC... Werde es mit einem Diodensplittrafo noch probieren. Wenn B recht klein ist, wird der Krümmungsradius r größer. Das würde aber mMn nicht wahnsinnig stören, denn für Driftgeschwindigkeiten v = 10^7 m/s (kann mir nicht vorstellen, dass die Geschwindigkeit deutlich höher ist) erhalte ich Radien um die 1 mm. Von daher dürfte v noch größer sein oder B noch kleiner... Ich weiß nicht genau wie groß der Ringmagnet im Video ist, aber wenn ich von 15-20mm Innendurchmesser ausgehe, dann scheinen dort die Krümmungsradien auch im 1cm-Bereich zu liegen. Vakuum möchte ich eben vermeiden, denn für einen solchen Aufbau habe ich ja schon die magic-eye-tubes, was gut funktioniert.
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Es gibt Neuigkeiten: Habe nun die Zerhacker-Schaltung mit einem NE555 für den Diodensplittrafo gelötet und damit den Versuch nochmals durchgeführt. Und ich konnte nun tatsächlich eine Krümmung abhängig vom Magnetfeld ausmachen. Drehe ich die Magneten (20mm Innendurchmesser) um, so sind die Entladungen entgegengesetzt gekrümmt. Diese Krümmungen sind aber nur bei den Glimmentladungen zu sehen und nicht etwa bei den dünneren/schärferen Funkenüberschlägen (siehe Abbildung e_m-Bestimmung_Ringmagnet_100.jpg). Aber ich erhalte so bei einer Flussdichte von rund 50mT und einer Beschleunigungsspannung von 10kV Radien im Bereich von 5mm. Berechne ich damit die spezifische Ladung e/m des Elektrons, so ist mein Wert etwa doppelt so groß wie er sein sollte. Aber dies würde auch passen, denn die Geschwindigkeiten der Elektronen sind in Wahrheit mit Sicherheit niedriger als sie bei eingesetzten 10kV sein sollten. Von daher müsste ich eine effektiv wirksame Spannung von nur noch 5kV einsetzen... Schön ist auf den Abbildungen die Umkehrung der Krümmung zu sehen. Was mich etwas verwundert hat, ist der sehr große elektrische Widerstand der Ferritmagnete. Der liegt teilweise bei 50 MOhm von einer Seite zur anderen. Daher gibt es fast keine Überschäge von der HV-Elektrode zum Magneten, sondern fast nur zur Gegenelektrode, welche zwischen den Magneten eingeklemmt ist.
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