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Die spezifische Ladung des Elektrons kann i. d. R. nur mit einer Kombination aus elektrischem und magnetischem Feld ermittelt werden, eines der beiden Felder allein reicht dazu nicht aus. Beim Fadenstrahlrohr und bei der Anordnung nach Busch wurde das elektrische Feld genutzt, um Elektronen mit einer bekannten Beschleunigungsspannung zu beschleunigen, und danach das magnetische Feld, um anschließend ihre Bahn gezielt zu beeinflussen.
Joseph John Thomson, (Mit-) Entdecker des Elektrons, gelang es 1897, in einer etwas anderen Art mit Hilfe einer simultan wirkenden Anordnung von elektrischem und magnetischem Feld deren spezifische Ladung zu ermitteln. Schauen Sie sich dazu das Video an dieser Stelle an (Hinweis: Die Größe "H" im Video entspricht der hier üblichen Bezeichnung "B" für die Stärke des magnetischen Felds).
e/m-Bestimmung in gekreuztem E- und B-Feld nach Thomson
Überprüfen Sie die Richtung der elektrischen Kraft im Feld des Ablenkplattenkondensators, wie Sie ab Minute (01:35) des Videos dargestellt wird, sowie die Richtung der Lorentzkraft ab Minute (02:05).
Ab Minute (03:10) sagt der Sprecher, dass das magnetische Feld abgeschaltet wird, sodass lediglich das elektrische Feld die Elektronen nach oben ablenkt.
Begründen Sie, warum das elektrische Feld beim und nach dem Ausschalten des Magnetfelds für die anschließende Messung der Ablenkung der Elektronen nicht mehr verändert werden darf.
Im Video wird die Gleichung $\frac{e}{m}=\frac{2\cdot E}{B^{2}}\cdot \frac{y}{x^{2}}$ hergeleitet, mit deren Hilfe die spezifische Ladung experimentell ermittelt wird.
Beschreiben Sie unter Bezug auf die Abbildungen im Video, an welchen Stellen x und y zu messen sind und wie man insbesondere die Größe y ermittelt.
Auf dieser Internetseite können Sie die Schritte der e/m-Bestimmung nach Thomson in einer Simulation nachvollziehen. Stellen Sie zunächst E- und B-Feld so ein, dass die Elektronen ablenkungslos durch die Röhre auf den Schirm gelangen. Schalten Sie danach das B-Feld aus, um den Ablenkungswinkel in y-Richtung zu bestimmen.