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Bewegung von Ladungen im elektrischen Feld

Geladene Teilchen werden durch elektrische Felder abgelenkt und beschleunigt. Anwendungen der Bewegung von Ladungsträgern im elektrischen Feld sind die Braun'sche Röhre oder der Millikan-Versuch.

Elektrische Felder beeinflussen Ladungen

Ein elektrisches Feld entsteht zwischen unterschiedlich geladenen elektrischen Ladungen. Es bilden sich Feldlinien, die von der positiven zur negativen Ladung zeigen. Befindet sich ein weiteres, geladenes Teilchen im elektrischen Feld, dann wird es durch das Feld beeinflusst.

Gleichnamige Ladungen ziehen sich an, ungleichnamige Ladungen stoßen sich ab. Die Ladung wird deswegen in Richtung der ungleichnamig geladenen Quelle des elektrischen Feldes gezogen.

Ruhende Ladungen im elektrischen Feld

Wenn ein geladenes Teilchen ohne Anfangsgeschwindigkeit in ein elektrisches Feld eingebracht wird, wird es in Richtung der Feldlinien beschleunigt. Es handelt sich um eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung in Feldrichtung. Dasselbe passiert, wenn sich eine bewegte Ladung mit einer Anfangsgeschwindigkeit in Richtung der Feldlinien bewegt.

Bewegte Ladungen im elektrischen Feld

Ein geladenes Teilchen, welches sich mit einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit quer zu den Feldlinien eines elektrischen Feldes bewegt, wird durch die Kraft des Feldes gleichmäßig abgelenkt. Durch die abgelenkte Bewegung der Ladung entsteht eine parabelförmige Kurve.

15367_Ablenkung_im_elektrischen_Feld_.jpg

Der Millikan-Versuch

Der Millikan-Versuch wurde 1913 von Robert Millikan vorgestellt. Er diente dazu, nachzuweisen das Ladungen in Form von diskreten Portionen auftreten und die Elementarladung $e$ genauer zu bestimmen.

Milikan-Versuch.jpg

Durchführung des Millikan-Versuchs

Im ersten Schritt werden Öltröpfchen in ein elektrisches Feld eingebracht. Dieses wird so gepolt, dass die Kraft des elektrischen Feldes der nach unten wirkenden Schwerkraft des Öltropfchens entgegen wirkt. Durch Einstellung der elektrischen Feldstärke $E$ wird dafür gesorgt, dass ein Kräftegleichgewicht entsteht und ein Öltröpchen schwebt. Es kann hiermit die Ladung eines Öltropfens in Abhängigkeit von der Feldstärke, Gewichtskraft und Auftriebskraft ermittelt werden.

Im zweiten Schritt wird das elektrische Feld ausgeschaltet und die Fallgeschwindigkeit des Tröpchens gemessen. Damit kann der Radius des Öltröpchens gefunden werden. Dieser wird zur Berechnung der Gewichts- und der Auftriebskraft benötigt.

Milikan-Versuch.jpg

Die Braun'sche Röhre

Eine Braun'sche Röhre findest du zum Beispiel in einem alten Röhrenfernseher. Dort wird die Ablenkung von Ladungen im elektrischen Feld genutzt, um auf einem Leuchtschirm ein Bild zu erzeugen.

Fernseher_offen_.jpg

Funktion der Braun'schen Röhre

  1. Mithilfe des Glühelektrischen Effekts werden freie Elektronen erzeugt.
  2. Diese werden beschleunigt und mit einem Wehnelt-Zylinder zu einem geraden Strahl gebündelt.
  3. Die Elektronen werden durch zwei um 90° gedrehte elektrische Felder geschickt. Das eine lenkt sie in x-, das andere in y-Richtung ab. So können die Elektronen zu einem beliebigen Punkt auf dem Leuchtschirm gelenkt werden.
  4. Durch viele, schnell nacheinander auftreffende, Elektronen kann ein Strahl oder sogar ein komplettes Bild erzeugt werden.

Braun'schen_Röhre-01ff.jpg

Der Faraday'sche Käfig

Der Faraday'sche Käfig ist eine aus einem leitfähigen Material bestehende und allseitig geschlossene Hülle. Diese dient der Abschirmung elektrischer Felder. Aufgrund von Influenz ist das Innere eines Faraday'schen Käfigs, der sich innerhalb eines elektrischen Feldes befindet, selbst immer feldfrei.

Dies führt dazu, das äußere elektrische Felder keinen Einfluss auf das im Inneren befindliche haben. Aber auch elektrische Felder, die im Inneren erzeugt werden, dringen nicht nach außen. Ein Auto ist ein Faraday'scher Käfig. Deswegen passiert dir in einem Auto nichts, wenn ein Blitz einschlagen sollte.