Massenspektrometer

Titel:

Note: 14 NP Klasse: 11

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Arbeit: Massenspektrometer

Funktionsweise:
-von einer Ionenquelle treten positiv geladene Ionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus
-danach treten sie in ein gekreuztes elektrisches und magnetisches Feld ein
-dieses wirkt als Geschwindigkeitsfilter
-das elektrische Feld übt auf positiv geladene Ionen mit der Ladung Q die Kraft
Fel = Q·E nach unten aus
-das magnetische Feld übt die entgegengesetzte Lorentzkraft
FL = Q·v·B nach oben aus
-nur die Ionen, bei denen beide Feldkräfte gleichgroß sind, durchlaufen das gekreuzte Feld geradlinig
-diese Ionen haben die gleiche Geschwindigkeit
v = E/B
-eine Blende am Ende des Filters lässt nur Ionen durch, die nicht abgelenkt wurden
-Es gilt:
Fel = FL
Q·E = Q·v·B1 , und damit:
v = E/B1
-anschließend treten die restlichen geladenen Teilchen in ein Magnetfeld mit konstanter Stärke ein
-die Lorentzkraft zwingt die Ionen auf eine Kreisbahn
-Es gilt:
Fel = Fr
Q·v·B2 = m·(v2/r)
-treffen die Ionen auf eine Fotoplatte (der Abstand zum Kreismittelpunkt muss bekannt sein), so lässt sich der Bahnradius ermitteln:
mit v = E/B1 folgt: Q/m = E/(r·B1)

Anwendungen:
-zum Ermitteln von Massen von Elementarteilchen und Atomkernen (in der Physik)
-Analyseverfahren zur Bestimmung chemischer Elemente oder Verbindungen ( in der Chemie)
-Nachweis sehr kleiner Substanzen (ca. >10-15g = 1fg) möglich
-Untersuchung von Atomen, Ionen, Radikalen und Molekülen

Geschichte:
1886: Kanalstrahlen werden von Eugen Goldstein erfunden
1897: Entwicklung des Parabelspektrographen durch J. J. Thomson
1898: Entwicklung des nach Willhelm Wien benannten Wienfilter, einen Geschwindigkeitsfilter
1918: A. J. Dempster verwendet eine energiescharfe Ionenquelle, die mit Elektronenstoß funktioniert
1919: entwickelte F. Aston den ersten Spektrographen mit genauer Massenbestimmung
=> erste experimentelle Bestätigung der Äquivalenz von Masse und Energie von Einstein

Quelle: am "Basiswissen Schule Physik Abitur" hauptsächlich orientiert

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