So spielst du Elektronenstrahl
- Wähle einen Test und lies Platten, Feld und Strahl auf der Karte ab.
- Nutze E = V ÷ d, a = q·E ÷ m, t = L ÷ v₀ und y = ½·a·t², in Metern, Sekunden und Coulomb.
- Gib deine Vorhersage ein und drück Start. Das Teilchen wird in Zeitlupe abgeschossen; deine Vorhersage ist die orange gestrichelte Bahn.
- Vergleiche die leuchtende Bahn mit deiner orangefarbenen, zwischen den Platten und im rechten Feld.
Ein homogenes Feld lenkt einen Strahl ab
Zwei parallele Platten im Abstand d mit einer Spannung V dazwischen erzeugen ein homogenes Feld E = V ÷ d, das von der +-Platte zur −-Platte zeigt: Ein Volt pro Meter ist ein Newton pro Coulomb. Eine Ladung q spürt dort überall dieselbe Kraft q·E, also bewegt sich ein geradeaus zwischen die Platten geschossenes Teilchen wie ein waagrecht geworfener Ball: Seine Geschwindigkeit längs der Röhre bleibt v₀, während es quer zur Röhre gleichmäßig beschleunigt, a = q·E ÷ m. Seine Bahn ist eine Parabel, y = ½·a·(x ÷ v₀)², und nach den Platten fliegt es geradeaus. Ein Elektron ist so leicht, dass schon ein mäßiges Feld ihm eine Beschleunigung von etwa 10¹⁵ m/s² gibt; die Schwerkraft spielt gar keine Rolle. Ein Proton mit gleich großer Ladung wird in die andere Richtung abgelenkt, und zwar etwa 1836-mal weniger. Alte Röhrenfernseher, Oszilloskope und Tintenstrahldrucker lenken Strahlen auf diese Weise.
Ein fokussiertes Lernmodell
Das Feld ist zwischen den Platten homogen und außerhalb null, ohne Randeffekte. Das Teilchen tritt entlang der Achse ein, behält seine Geschwindigkeit längs der Röhre und beschleunigt quer dazu gleichmäßig; seine Höhe ist also zwischen den Platten eine Parabel und danach eine Gerade. Erreicht es eine Platte, bleibt es genau in diesem Moment dort stehen. Die Schwerkraft wird vernachlässigt: Sie ist hier etwa 10¹⁴-mal schwächer als die elektrische Kraft. In jedem Test bleibt die Geschwindigkeit unter 9 % der Lichtgeschwindigkeit, das Modell ist also nicht relativistisch. Jeder Versuch dauert einige Nanosekunden und wird verlangsamt, sodass er etwa 4 s dauert. Antworten auf 2 % genau sind richtig.