Höhere Experimentalphysik Innp.physik.uni-frankfurt.de/activities/HEX/HEX-2018/Teil4.pdf · Der Proximity Effekt •Parallel verlaufende Leiter wirken eine Kraft aufeinander aus

Höhere Experimentalphysik I

Institut für Angewandte PhysikGoethe-Universität Frankfurt am Main

Wintersemester 2018/19

1. Teil / 4. Vorlesung16.11.2018

Höhere Experimentalphysik 1 IAP Goethe-Universität Frankfurt am Main

Zusammenfassung• Geschwindigkeit der Elektronen beim Schweißen• Bewegung von Elektronen in (metallischen) Festkörpern

• Gleichförmige (unbeschleunigte) Bewegung wegen Viskosität• Gegenkraft ist Widerstand, nur Abhängig von – mittlerer

Stoßzeit

• Experimente:• Erwärmung durch bewegte Ladungen• Driftgeschwindigkeit in Metallen

• Hall-Effekt und Anormaler Hall-Effekt• Elektronengeschwindigkeit und Magnetfeld• Verschiebung der Fermikugel • Experiment:

• Temperaturabhängiger Widerstand

Höhere Experimentalphysik 1

Der Hall-Effekt

Edwin Herbert Hall 1855 - 1938

b

Elektrische Kraft

Hall - Spannung

Lorentz - Kraft


Der Hall-Effekt


Der Hall-Effekt


Experiment:Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Metallen


Der Hall-Effekt


Der Hall-Effekt


Definition der Stromstärke

• Wer hat‘s definiert? Im „Reichs-Gesetzblatt“ vom 1. Juni 1898 wird es wie folgt definiert:


Definition der Stromstärke

• Wer hat‘s definiert? Im „Reichs-Gesetzblatt“ vom 1. Juni 1898 wird es wie folgt definiert:

„Wir Wilhelm, von Gottes Gnaden Deutscher Kaiser, König von Preußen etc. verordnen im Namen des Reichs, nach erfolgter Zustimmung des Bundesraths und des Reichstags, was folgt:“

https://de.wikisource.org/wiki/Gesetz,_betreffend_die_elektrischen_Ma%C3%9Feinheiten


Stromwaage• Wie stark ist die Kraft auf einen

Leiter?• Gleicher Strom fließt durch drei

„dünne“ Spulen• Magnetfeld verursacht eine Kraft

zusätzlich zur Gewichtskraft, diese kann man durch Gegengewichte bestimmen

http://thomas.orgis.org/vortraege/stromwaage2/vortrag.htmlEncyclopædia Britannica Eleventh Edition, Vol. 1, Page 882

B F


Definition der Stromstärke• Die heutige Definition:„1 A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2·10−7 Newton pro Meter Leiterlänge hervorrufen würde.“

• relativ schwierig zu messen• Geplant ist, in Zukunft nach der

Anzahl der durchflossenen Elementarladungen pro Zeit zu definieren


Der Proximity Effekt• Parallel verlaufende Leiter

wirken eine Kraft aufeinander aus – das hat einen Einfluss auf die Stromdichteverteilung im Leiter

• Technische Lösung: HF-Litze• Tritt aber auch bei

Gleichstrom auf

• Ist nicht der Skin-Effekt (kommt später)

http://www.elektrisola.com/de/hf-litze/produkte/begriffe-grundlagen/technische-grundlagen-und-berechnung.html


Die FadenstrahlröhreErzeugung eines

Elektronenstrahles

(1) Glühfilament(2) Wehnelt-Zylinder(3) Lochblende

s

·

𝑊=𝑚𝑒∫𝑎𝑑𝑠

https://de.wikisource.org/wiki/Gesetz,_betreffend_die_elektrischen_Ma%C3%9Feinheiten


Die FadenstrahlröhreBewegungsgleichung eines Elektrons im magnetischen Feld

Lorentz - Kraft

Magnetfeld in z - Richtung

(2)

(3)

(1)

Lösung für vx; vy entsprechend

(1) nach der Zeit ableiten und (2) einsetzen


Die Fadenstrahlröhre

Zentrifugalkraft

Lorentz - Kraft

im mitrotierenden Bezugssystem

Kräftegleichgewicht bei der Bewegung eines Elektrons im magnetischen Feld


Die FadenstrahlröhreExperimenteller Aufbau


Experiment:Fadenstrahlröhre

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