4. Abi-Aufgabe: Ionen in einem Magnetfeld

Abi-Aufgabe: Ionen in einem Magnetfeld

  • A

    Hallo,

    ich habe gestern meine Physikklausur (GK) geschrieben. Folgende Aufgabe, da sie die Basis für weitere war, wird mir die Klausur versaut haben. Leider habe ich noch immer keine Ahnung, wie man dabei ansetzen muss. Vielleicht kann mir jemand helfen, irgendwie würde ich die nämlich gerne wenigstens jetzt verstehen...

    Zwei Ionen mit bekannter Masse und Ladung werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Die Spannung ist ebenfalls bekannt, somit ist die Geschwindigkeit ausrechenbar. Dann treten die Ionen in ein Magnetfeld (senkrecht zur Bewegungsrichtung) ein. Die Ionen werden abgelenkt, beschreiten einen Halbkreis und treffen an den Punkten P1 und P2 auf einen "Detektor". Der Abstand zwischen P1 und P2 ist 5,0 cm land. Aufgabe: Berechnung der mag. Flussdichte.

    Meine Überlegungen waren soweit: Die Ionen bewegen sich auf einer Kreisbahn, da die Lorentzkraft als Zentralkraft wirkt, also Fz=FL. Das kann man ja nach nach der magn. Flussdichte auflösen. Nun besteht das Problem, dass der Radien der Kreisbahnen unbekannt sind, d.h. man kann die mag. Flussdichte nicht ausrechnen. Es ist ja nur die Entfernung der Auftreffpunkte bekannt. Dauraufhin habe ich alle möglichen Umformungen bemüht, um irgendwie etwas konkret ausrechnen zu können, was mir aber leider nicht gelungen ist. Ich hab die nach B aufgelösten Gleichungen gleichgesetzt, versucht den Radius der einen Kreisbahn durch den Radius der anderen auszudrücken, und einige Sachen mehr.

    Wäre nett, wenn mir jemand erklären könnte, wie das funktioniert und mir beim verstehen helfen könnte.

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  • F

    Ist das nicht nen Zyklotron ???

    Wenn ich mich nicht irre ...

    Ionen werden beschleunigt , dann auf ner Kreisbahn ... und es kommt auf die Masse und die Geschwindigkeit an .... durch den auftrittspunkt kannste die Kreisbahn bestimmen

    Grüsse

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  • A

    Ja, aber wie mache ich das, wenn die Auftreffpunkte unbekannt sind, und nur der Abstand zwischen diesen bekannt ist?

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  • G

    Schonmal an sowas wie e/m Bestimmung oder Helmholtzspulen gedacht?

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  • F

    Griffin hat recht .... mal dir das Bild erst mal auf .... und guck was du hast und was du suchst .... das verfahren wird dazu verwendet schwerer elektronen abzulenken und abzufangen....

    Also hab das auch im LK gemacht und war auch nicht so schwer

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  • T

    Physik-GK-Abiklausur war bei mir heute dran.
    War aber zum Glück sehr einfach. Nur ein einziges Thema, nämlich das Röntgenspektrum...

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  • A

    Ja, die e/m-Bestimmung kenne ich und ich habe bisher eigentlich geglaubt, sie verstanden zu haben. Aber bei dieser brauche ich doch auch den Radius als direkt messbare Größe bzw. man bräuchte den Rest, um den Radius bestimmen zu können. So steht es jedenfalls auch in unserem Buch (habe gerade noch mal geguckt).
    Aber hier verstehe ich einfach nicht, wie ich die mag. Flussdichte ohne Radius ausrechenen soll, bzw wie ich auf den Radius kommen soll. Vielleicht ist mein Problem eher mathematischer als physikalischer Art, ich weiss es nicht. Dieser Schritt ist mir jedenfalls schleierhaft. Durch Umformung von FZ=FL komm ich doch auf B = m*v/(q*r) und da ist der Radius ja drin, den ich nicht bestimmen kann. Oder brauch ich noch einen weiteren Ansatz?

    @TomasRiker: Wie das? Muss nicht in der Klausur was Themenübegreifendes drankommen? Wir hatten jedenfalls als weiteres Thema noch spez. Relativitätstheorie drin.

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  • D

    Asgard schrieb:

    Aber hier verstehe ich einfach nicht, wie ich die mag. Flussdichte ohne Radius ausrechenen soll, bzw wie ich auf den Radius kommen soll. Vielleicht ist mein Problem eher mathematischer als physikalischer Art, ich weiss es nicht. Dieser Schritt ist mir jedenfalls schleierhaft. Durch Umformung von FZ=FL komm ich doch auf B = m*v/(q*r) und da ist der Radius ja drin, den ich nicht bestimmen kann.

    Warum nicht?
    Du weißt, daß für Teilchen eins gilt: k_1 := m_1 v_1/q_1, für Teilchen zwei entsprechend k_2 := m_2 v_2/q_2. B = k_1/r = k_2/(r+5cm). Auflösen, einsetzten, fertig.

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  • A

    Anders ausgedrückt: Natürlich kommt in der Gleichung für die Lorentzkraft der unbekannte Radius vor, aber Du hast ja extra zwei Teilchen, damit Du für die zwei unbekannten Größen (Radius und Flußdichte) auch zwei Gleichungen hast. Siehe mein Vorgänger über mir.

    TomasRiker schrieb:

    Physik-GK-Abiklausur war bei mir heute dran.
    War aber zum Glück sehr einfach. Nur ein einziges Thema, nämlich das Röntgenspektrum...

    Wie bitte? Selbst für eine mündliche Prüfung ist das lächerlich. 👎

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  • A

    So habe ich mir das eigentlich auch gedacht, aber dann war ich wohl einfach zu blöd, die Gleichungen richtig aufzulösen...

    @Daniel E.
    Wobei, das mit dem r+5cm hab ich nicht. Mein Ansatz war r2 = (2*r1+5cm)/2, denn das r2=r1+5cm gilt, würde doch voraussetzen, dass die Kreismittelpunkte übereinander liegen, oder nicht?

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  • ?

    ja, aber die verschiebung des mittelpunkts sind eben auch die 5cm. wenn man die mittelpunkte übereinanderlegen würde, würde die äußere kreisbahn überall 5cm entfernt sein von der inneren. da aber der austrittspunkt der ionen identisch ist, müssen sich hier die kreisbahnen berühren, und das funktioniert nur, wenn man die innere bahn um 5cm verschoben hat.

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  • T

    Also, es war nicht nur das Röntgenspektrum...

    - Gleichung für die Geschwindigkeit von Elektronen herleiten (in Röntgenröhre)
    - Erklären, wie ein Zählrohr funktioniert
    - Braggsche Reflexionsbedingung herleiten
    - Entstehung von Kα- und Kβ-Linien erklären
    - Berechnen, ob ein Photon bestimmter Energie ein Silber-Atom anregen kann

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  • A

    Es ist jedenfalls interessant zu sehen, wie unterschiedlich die Aufgaben von Schule zu Schule sind. Noch interessanter ist das, wenn ich bedenke, dass ich von all den von Dir aufgezählten Dingen im Unterricht noch nie was gehört habe...(abgesehen von der Geschwindigkeitsbestimmung vielleicht). Zum Glück haben wir noch kein Zentralabi 😉

    Aber ist auch kein Wunder, wenn man in der 13 fast überhaupt kein Physik hatte...

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