Erfahren Sie mehr über das Abitur-Experiment „Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern“ durch unsere Erklärungen, durch die hochwertige Simulation von BIGS.

Mit einem Klick auf das Bild starten Sie die freie, hochwertige Simulation.

Diese Simulation Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern wurde auch für Ihr Smartphone, Tablet oder TV geschaffen.
Sie ist als App in einer älteren Version verfügbar bei:

 Amazon

[/one_half]


Weiterführende Links:
Braunsche Röhre


 

Erklärung zum Experiment

„Diese Erklärung wurde mit Hilfe von ChatGPT (OpenAI) erstellt.“

Das Experiment „Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern“ ist ein klassischer Schulversuch, der zeigt, wie sich geladene Teilchen – in diesem Fall Elektronen – unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes (E-Feld) und eines magnetischen Feldes (B-Feld) verhalten.

Es ist besonders wichtig, weil es zentrale physikalische Konzepte wie die Lorentzkraft, das Kräftegleichgewicht, und sogar die Bestimmung der Elektronengeschwindigkeit veranschaulicht.

Versuchsaufbau

  • Eine Elektronenkanone (z. B. in einer Braun’schen Röhre) beschleunigt Elektronen zu einem gebündelten Elektronenstrahl.

  • Der Strahl tritt in einen Bereich ein, in dem ein elektrisches Feld (E) und ein magnetisches Feld (B) gleichzeitig wirken – senkrecht zueinander und beide senkrecht zur Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls.

  • Die Felder sind also „gekreuzt“:

    • Elektrisches Feld z. B. nach oben

    • Magnetisches Feld z. B. nach hinten (in die Papierebene)

    • Elektronenbewegung z. B. nach rechts

Wirkung der Felder

  1. Elektrisches Feld
    Wirkt auf das negativ geladene Elektron mit einer Kraft nach unten

    Formel der elektrischen Kraft auf ein Elektron:
    Felektrisch = –e · E

  2. Magnetisches Feld
    Führt zur sogenannten Lorentzkraft, die ebenfalls auf das bewegte Elektron wirkt:

    Lorentzkraft:
    Fmagnetisch = –e · (v × B)

    Diese zeigt – je nach Richtung der Bewegung und des Feldes – nach oben.

Besonderer Fall: Kräftegleichgewicht

Wenn sich die Elektronen mit einer ganz bestimmten Geschwindigkeit v bewegen, heben sich beide Kräfte genau auf

Gleichgewicht der Kräfte:
e · E = e · v · B ⇒ v = E / B

Der Elektronenstrahl bleibt gerade, obwohl zwei Kräfte wirken – das nennt man einen Geschwindigkeitsfilter.

Ziele des Experiments

  • Veranschaulichung der Wirkung elektrischer und magnetischer Felder auf bewegte Ladungen

  • Beobachtung der Lorentzkraft in Aktion

  • Nachweis der Geschwindigkeit v=EBv = \frac{E}{B}

  • Grundlage für technische Anwendungen wie:

    • Massenspektrometer

    • Elektronenoptik

    • Fernsehröhre / Oszilloskop

    • Thomson-Versuch zur Ladung-Masse-Bestimmung von Elektronen

Typische Beobachtungen

    • Nur E-Feld an: Strahl wird nach unten abgelenkt

    • Nur B-Feld an: Strahl wird nach oben oder in Kurvenform abgelenkt

    • Beide Felder an, richtig eingestellt: Strahl bleibt gerade

    • B-Feld stärker als E-Feld: Strahl wird nach oben abgelenkt

    • E-Feld stärker: Strahl wird nach unten abgelenkt

 

Selbsteinschätzung zu unserer Simulation

Unsere Simulation „Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern“ ist:

  • hochwertig und frei
  • Sie wurde in einem deutschen Gymnasium in einer 12. Klasse geprüft und mit sehr nützlich bewertet.
  • Diese dient zur Vor-, Auf- und Nachbereitung des Lehrerexperimentes „Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern“, somit wird diese Simulation zum Schülerexperiment. Alle Schülerinnen und Schüler können sie auf dem Tablet, am PC oder auch auf dem Smartphone nutzen. Die Simulation verfügt auch über downloadbare Arbeitsblätter (Aufgaben und Lösungen) und didaktische Hinweise, die dankenswerter Weise vom Duden-Schulbuchverlag mit entwickelt wurden. Dieses Material ist über den Button „Mehr“ in der Simulation zu erreichen.
  • Mit diesem einzigartigen Lehrmittel, dem BIGS-Simulationsexperiment zum „Elektronenstrahl“  erlangen Sie hier sehr umfangreich Wissen über die Eigenschaften von Elektronen in gekreuzten Feldern, in einem elektrischen bzw. in einem magnetischen Feld. (siehe dazu unter Ablenkröhre, Braunsche Röhre, Bewegung von Ladungsträgern im E- und B-Feld) Sie können selbst an Ihrem PC/Laptop die spezifische Ladung eines Elektrons in dem BIGS-Simulationsexperiment exakt bestimmen.

 

Referenz:


 In Zusammenarbeit mit dem Duden Schulbuchverlag entstand ein komplettes Lehrmittel für eine Unterrichtseinheit von zirka 6 Unterrichtsstunden zum Thema „Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern“. Offene und geführte Arbeitsaufträge stellte der Verlag zur Verfügung wie auch Arbeitshinweise für Lehrer. Mit großem Erfolg wurde diese Unterrichtseinheit am Giebichenstein-Gymnasium „Thomas Müntzer“ der Stadt Halle ( Saale ) getestet. Die unten gezeigten Bilder entstammen dem Arbeitsmaterial für Lehrer, dass in unserer Zusammenarbeit entstand.

Deckblat des Arbeitsmaterials für Lehrer
Impressum zum Arbeitsmaterial

Hinweise zum Einsatz von Simulationsexperimenten im Unterricht
Hinweise zur Unterrichtseinheit Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern

Unsere Simulation erhebt nicht den Anspruch die Wirklichkeit zu ersetzen! Sie ist aber ideal, um sich so auf das reale Experiment vorzubereiten oder es nachzubereiten. Diese Simulation kommt dem Elektronenstrahlenverlauf des realen Experiments und auch seinen Messergebnissen sehr nahe.

💬 Mehr Wissen mit ChatGPT

Was passiert mit einem Elektronenstrahl in gekreuzten Feldern? ChatGPT erklärt verständlich, wie elektrische und magnetische Felder auf geladene Teilchen wirken – ideal für Schule, Studium oder Technik-Interesse.

Beispielhafte Fragen:

  • „Wie bewegen sich Elektronen in gekreuzten Feldern?“
  • „Was ist die Lorentzkraft?“
  • „Wie entsteht ein Kräftegleichgewicht bei E- und B-Feld?“
  • „Was ist ein Geschwindigkeitsfilter (Thomson-Versuch)?“

👉 Jetzt bei ChatGPT nachfragen

Hinweis: Die Antworten stammen von einer KI (ChatGPT, OpenAI) und dienen zur anschaulichen Erklärung physikalischer Konzepte.

Bitte beachten Sie, Sie müssen diese oder andere Fragen selber bei ChatGPT eingeben. 


Weiteres Wissen zum Verhalten von Elektronen in gekreuzten Feldern können Sie dem Bücherangebot von Amazon entnehmen:

Buchtipp bei Amazon: Elektronen als Elementarteilchen

Oder, wenn Sie einfach noch ein bisschen bei AliExpress oder Amazon stöbern wollen, klicken Sie auf den folgenden Button:

Zum Stöbern bei AliExpress: um 50% gesenkter Laptop

Zum Stöbern bei AliExpress: um 87% gesenkte Armbanduhr

Zum Stöbern bei Amazon: Schuhe von NIKE

 

Die weiterführenden Arbeitsblätter (Aufgaben + Lösungen), wie auch die didaktischen Hinweise, die von der freien Simulation aus heruntergeladen werden können existieren in Deutsch bzw. Englisch.


Diese Simulation ist synchronisiert und ermöglicht das Wechseln zwischen 19 Sprachen:

  • Simulation – Elektronenstrahl im gekreuzten E- und Magnetfeld
  • Simulation – Electron beam in interlaced electrical and magnetic field
  • Simulation – Haz de electrones en campo magnético y eléctrico cruzados
  • Simulação – Feixe de eletrões no campo elétrico e magnético cruzado
  • Simulacija – Elektronski žarek v križanem električnem in magnetnem polju
  • Simülasyon – Çapraz elektrik ve manyetik alanda elektron ışını
  • محاكاة – شعاع الإلكترونات في تقاطع المجال الكهربائي والمغناطيسيnnn
  • סימולציה – אלומת אלקטרונים בשדות E חצויים ושדות מגנטיים
  • सिमुलेशन – क्रॉस किए गए इलेक्ट्रिकल- और चुम्बकीय फिल्ड में इलेक्ट्रॉन बीम
  • 시뮬레이션 – 교차하는 전기장과 자기장에서의 전자빔
  • Symulacja – Wiązka elektronów w skrzyżowanym polu elektrycznym i magnetycznym
  • Faisceau électronique dans les champs électrique et magnétique croisés
  • Δέσμη ηλεκτρονίων σε διασταυρωμένο ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο
  • Raggio di elettroni in campo elettrico e magnetico incrociato
  • 交差する電磁界の電子ビーム
  • Elektronenstraal in gekruist E- en magneetveld
  • Электронный луч в скрещенных электрических и магнитных полях
  • 交叉电场和磁场中的电子束
Translate »