[Physik] Geschwindigkeitsfilter bei Ionenstrahlen?

Guten Tag,

ich benötige bei der Aufgabe noch etwas Hilfe, um sie verstehen zu können. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten.

[Hinweis des Lehrers zur Aufgabe:]

Ar^(+) Ionen haben die Ladung 2, Ar^(2+) Ionen die Ladung 2e. Verwenden Sie für die Masse der Argon-Ionen den Wert 39,948 * 10^(-27) kg.
  • Was sind überhaupt Argon Ionen?
  • Wieso ist die Ladung von Ar^(+) Ionen = 2 und nicht e, denn die Ladung von Ar^(2+) Ionen ist ja 2e.

[Hier meine bereits bestehenden Fragen:]

  1. Wie genau würdet ihr eine mögliche Antwort auf die Aufgabe 2.1 „Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.“ formulieren? Mein Vorschlag: In einem Geschwindigkeitsfilter können mithilfe eines elektrischen und eines magnetischen Feldes Elektronen einer bestimmten Geschwindigkeit aus einem Strom von geladenen Teilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gewonnen werden.
  2. Aber woran erkenne ich überhaupt, dass es sich hier um Elektronen handelt? Es handelt sich ja um Argon Ionen und das verwirrt mich.
  3. Ich benötige noch viel Hilfe bei dieser ganzen Aufgabe 2 (2.1 und 2.2) 🤯

[Damit ihr mir leichter bei der Aufgabe helfen könnt, schreibe ich euch hier die Aufgaben 2.1 und 2.2 als Text hin, damit ihr den Text als Zitat in eurer Antwort verwenden könnt.]

2.1

Erklären Sie die Funktionsweise des Geschwindigkeitsfilters.

Weisen Sie nach, dass die Ladung und die Masse der Ionen keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der gefilterten Ionen des Strahls haben.

2.2

Nach Verlassen des Filters bewegt sich der Strahl aus Ar^(+) -Ionen und Ar^(2+) -Ionen durch eine Blende in einem Magnetfeld B2 mit der gleichen Flussdichte B2 = B1 weiter und wird auf einen Detektor abgelenkt, der die Strahlen an zwei Stellen P1 und P2 registriert.

Geben Sie an, welche der Argon-Ionen im Punkt P1 bzw. im Punkt P2 auftreffen.

Begründen Sie Ihre Antwort.

Berechnen Sie die erforderliche Spannung am Kondensator des Geschwindigkeitsfilters, wenn der Auftreffort der Ar^(+) -Ionen von der Blende den Abstand a = 20 mm haben soll.

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Geschwindigkeit, Elektrodynamik, Ionen, Kondensator, Argon, elektrisches Feld, Flussdichte, Magnetfeld, Plattenkondensator
[Physik] Richtung elektrisches Feld im Kondensator angeben?

Guten Tag,

ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um die Aufgabe vollständig zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen Antworten zu meinen Fragen (siehe unten).

  • Die Aufgaben a) und b) habe ich verstanden und bereits gelöst.
  • Die Aufgabe c) ist für mich nicht relevant.
  • Die Aufgabe d) verstehe ich leider noch nicht so gut.
  • Da das Magnetfeld in die Zeichenebene zeigt (Drei-Finger-Regel der linken Hand), werden die Elektronen innerhalb des Kondensators nach unten abgelenkt. Das bedeutet, dass die Lorentzkraft innerhalb des Kondensators nach unten zeigt. Somit muss die Coulombkraft (elektrische Kraft) innerhalb des Kondensators nach oben zeigen. Dies wird erreicht, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv.
  • Nun bin ich mir aber unsicher, was die Richtung des elektrischen Felds im Kondensator ist, wenn die untere Platte negativ geladen ist und die obere Platte positiv geladen ist.
  • Wie man U (Plattenspannung) berechnet, verstehe ich. Denn die Kondendatorspannung/Plattenspannung ist ja so eingestellt, dass sich die Elektronen im Kondensator unabgelenkt entlang der x-Achse bewegen. Somit muss Fl (Lorentzkraft) = Fc (Coulombkraft) sein.
  • Die Aufgabe e) ist für mich nicht relevant.
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Geschwindigkeit, Strom, Energie, Spannung, Beschleunigung, Elektrizität, Formel, Kondensator, Magnetismus, Physiker, elektrisches Feld, Elektronen, Magnetfeld
Lade und Entladevorgang Kondensator?

Ladevorgang:

Der Stromkreis wird geschlossen und die Spannung drückt die freien Ladungsträger auf die Kondensatorplatten. Der Kondensator beginnt sich aufzuladen. Anfangs ist noch viel Platz auf den Platten und deshalb hat die Spannung es leicht die Ladungen auf die Platten zu pressen und der Strom fließt schnell. Aus diesem Grund ist der Strom zu diesem Zeitpunkt sehr hoch, weil viele Ladungen auf die Platten passen. Mit der Zeit passen weniger Ladung auf die Platten und somit wird der Strom kleiner, bis irgendwann so viele Ladungen sich auf den Platten befinden, sodass keine Ladungen mehr drauf passen und der Kondensator voll aufgeladen ist. Durch den minimalen Stromfluss wird die Spannung an den Widerstand ziemlich klein, somit beginnt die Spannung am Kondensator zu steigen. Durch den Ladevorgang baut sich eine Spannung auf, die entgegen der Eingangsspannung wirkt. Bis diese Spannung so groß wird, währenddessen der Strom immer kleiner wird, bis er schließendlich sich mit der Eingangsspannung in Summe zu 0 aufhebt.

Entladevorgang:

Der Schalter wird betätigt und der Strom kehrt seine Richtung um. Das bedeutet, dass der Strom jetzt in die entgegengesetzte Richtung fließt. Somit fängt auch an der Strom sich die Ladung zurück zu nehmen, sprich die Ladungen verlassen die Kondensatorplatten. Anfangs fließt noch viel Strom, weil sich noch relativ viele Ladungen auf den Platten befindet. Aber nach und nach werden es immer weniger und der Strom fließt langsamer, bis er irgendwann ziemlich klein ist. Dadurch das der Strom geringer wird am Kondensator, sinkt auch die Spannung am Kondensator.

ist das alles korrekt so? Habe ich was wichtiges vergessen zu erwähnen?

Elektrik, Spannung, Elektrizität, Kondensator, Physik, Schaltung, Widerstand

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