Der Stern-Gerlach Versuch

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

2 Theorie/Aufbau

3 Durchführung und Kalibration

4 Zusammenfassung Strategie der Messung

5 Auswertung
5.1 Landé-g-Faktor
5.2 Verdampfungsenthalpie von Kalium

6 Fazit

Abbildungsverzeichnis

1 Schema

2 Detektorstrom-Kollektorspannung

3 Detektorstrom-Heizstrom

4 Detektorstrom-Heizstrom

5 Signal-Rausch-Verhältnis

6 Detektorstrom-Kollektorspannung

7 Au ösungsfunktion

8 Fit bei Magnetstromstärke IB = 0, 5A

9 Fit bei Magnetstromstärke IB = 1A

10 Fit bei Magnetstromstärke IB = 1, 5A

11 Messwerte Verdampfungsenthalpie

12 Fit oben

13 Fit unten

Tabellenverzeichnis

1 Messdaten

2 Messdaten

3 Fitergebnisse Au ösung

4 Fitergebnisse mit Magnetfeld

Abstract (Kurzbeschreibung)

Die räumliche Quantelung des Drehimpulses konnte nachgewiesen und der Lande g Faktor auf 1, 676 ± 0, 085 bestimmt werden. Auÿerdem ergab sich für die Verdampfungsenthalpie von Kalium ein Wert von (0, 76 ± 0, 04)eV.

Durchgeführt am: 15.12.2015 Protokollfertigstellung: 18. Januar 2016

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einführung

Der Versuch wurde 1921 von Otto Stern und Walther Gerlach durchgeführt und dadurch erstmals die Richtungsquantelung von Drehimpulsen durch ein Experiment nachgewiesen.??

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schema des Experiments??

Die Messung erfolgt in diesem Versuch mit einem Kalium Atomstrahl, der durch ein inhomogenes Zweidraht-Magnetfeld geleitet wird. Wegen der Kopplung von magnetischem Moment und Spin spaltet der Strahl in zwei Maxima auf, die den beiden möglichen Spinzuständen des S-Elektrons im Kalium entsprechen.

2 Theorie/Aufbau

Die Theorie und der Aufbau des Versuches basiert auf dem Musterprotokoll von Klaus Hamacher (vgl. XXX) und ist diesem zu entnehmen.

3 Durchführung und Kalibration

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Der Detektorstrom wurde bei geö netem Strahlengang gegen die Kollektorspannung aufgetragen.

Am Morgen der Messungen wurde zuerst der Druck in der Apparatur überprüft, der bei ca. 3· 10−[6]bar lag, was für diesen Versuch ausreichend niedrig ist. An- schlieÿend wurde der Ofen für einige Minuten auf ca. 200◦C erhitzt und die Kühlfalle mit üssigem Sticksto befüllt. Während die Temperatur des Ofens auf ca. 170◦C gesenkt wurde, wurde der Magnet durch mehrfaches Umpolen ent- magnetisiert. Nach vollständiger Entmagnetisierung des Magneten und erreichen einer stabilen Temperatur des Ofens wurde mit den Kalibrationsmessungen be- gonnen. Um einen idealen Arbeitspunkt einstellen zu können, wurde die Abhän- gigkeit des Detektorstroms zur Kollektorspannung und zum Heizstrom, sowie das Signal/Rausch-Verhältnis untersucht.

Dazu wurde der Detektorstrom bei einem festen Heizstrom von ca. 1A, bzw. bei einer festen Kollektorspannung von 6V gemessen. In Abbildung 2 ist zu sehen, dass bei einer Kollektorspannung von ca. 3V der Detektorstrom ein Plateau von ca. 1300pA erreicht, es bietet sich an mit einer Spannung auf diesem Plateau zu arbeiten, da hier selbst groÿe Schwankungen der Spannung nur kleine Änderungen des Stromes bewirken. Bis zu einem Heizstrom von ca. 0,8A war kein Detektor- strom messbar, bei gröÿeren Strömen stieg der Detektorstrom rasant, bis zu sei- nem Maximum bei ca. 1,1A, nach welchem er wieder leicht abfällt (Abbildung 3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Der Detektorstrom in Abhängigkeit des Heizstromes bei geö netem Strahlengang.

Da der Detektorstrom bei geschlossenem Strahlengang (Abbildung 4) annähernd exponentiell mit der Heizspannung steigt, ist das Signal/Rausch-Verhältnis für Messungen bei niedrigen Heizspannungen am besten. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde der Arbeitspunkt auf 1A Heizstrom bei 6V Kollektorspannung gewählt, das Signal zu Rausch Verhältnis beträgt an dieser Stelle ungefähr 50 (Abbildung 5). Der Heizstrom von 1A ist groÿ genug um gut sichtbare Signale zu erhalten, jedoch noch so klein, dass der Anteil des Rauschsignals in der Messung gering bleibt. Die in die Messpunkte ge tteten Kurven sollen nur den ungefähren Verlauf der Mess- punkte sichtbar machen, sie haben keine physikalische Bewandnis.

Nun wurde bei möglichst konstanter Temperatur mit der eigentlichen Messung begonnen. Dazu wurde der Detektorstrom bei konstantem Magnetfeld in Abhän- gigkeit der Mikrometerschraubenposition aufgezeichnet. Begonnen wurde ohne Magnetfeld und die Mikrometerschraube wurde in gleichmäÿigen Schritten von der minimal einstellbaren, bis zur maximal einstellbaren Position verschoben und die Strahlintensität an der jeweiligen Stelle gemessen. Dieses Vorgehen wurde für 3 weitere Magnetfeldstärken wiederholt, wobei der Spulenstrom für jede neue Messung um 0,5A erhöht wurde.

Nach Abschluss der letzten Messung wurde der Magnet wieder entmagnetisiert und der Ofen auf seine Maximaltemperatur aufgeheizt. Schlieÿlich wurde der

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Detektorstrom in Abhängigkeit des Heizstromes bei geschlossenem Strahlengang.

Heizstrom des Ofens abgeschaltet, damit sich dieser gleichmäÿig abkühlt und es wurde der Detektorstrom im Strahlmaximum in Abhängigkeit der Temperatur gemessen. Aus diesen Daten soll die Verdampfungsenthalpie von elementarem Kalium bestimmt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Signal-Rausch-Verhältnis in Abhängigkeit vom Heizstrom.

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