Leuchtschichten im Physikraum
AFBIn einer abgedunkelten Physikstunde zeigt deine Lehrerin eine Franck-Hertz-Röhre, die mit Neon gefüllt ist. Zwischen Kathode K und Gitter G liegt die Beschleunigungsspannung \(U=50\,\mathrm{V}\); der Abstand beträgt \(L=6{,}0\,\mathrm{cm}\). Ein Lineal unter der Röhre zeigt die Lage der orangeroten Leuchtschichten (M1). Die Anregungsenergie von Neon beträgt \(\Delta W=18{,}7\,\mathrm{eV}\).
- Nenne die Aufgaben von Kathode, Gitter und Anode in der Röhre.Tipp a)
Verfolge den Weg eines Elektrons: Wo entsteht es, wo wird es beschleunigt, wo wird es nachgewiesen?
- Lies aus M1 ab, wie viele Leuchtschichten zu sehen sind und in welchem Abstand von der Kathode sie liegen.Tipp b)
Lies jeweils die Mitte einer Schicht auf dem Lineal ab; der Nullpunkt liegt an der Kathode.
- Gib die Energie an, die ein Elektron ohne Stoß bis zum Gitter aufnehmen würde, in Elektronenvolt und in Joule.Tipp c)
Ein Elektron, das die Spannung \(U\) durchläuft, nimmt die Energie \(e\cdot U\) auf. \(1\,\mathrm{eV}=1{,}602\cdot10^{-19}\,\mathrm{J}\).
- Berechne die elektrische Feldstärke zwischen Kathode und Gitter und daraus die Strecke, auf der ein Elektron \(18{,}7\,\mathrm{eV}\) aufnimmt.Tipp d)
Im homogenen Feld gilt \(E=\tfrac{U}{L}\). Die auf der Strecke \(x\) aufgenommene Energie ist \(W=e\cdot E\cdot x\); stelle nach \(x\) um.