Elektronen in inhomogenen Magnetfeldern

Um zu untersuchen, wie sich Elektronen in inhomgogenen Feldern verhalten, kann man die Elektronen im Fadenstrahlrohr auch mit einem Stabmagneten ablenken. Ein Stabmagnet erzeigt bekanntlich kein homogenes Magnetfeld.

Nähert man einen Stabmagnet dem Elektronenstrahl, so lässt sich dieser auf verschiedene Arten ablenken. Hält man den Stabmagnet mit dem Nordpol so, dass sich die Elektronen auf diesen zu bewegen, so lässt sich die Richtung des Elektronenstrahls umkehren:

Umkehr Elektronenstrahl

Der Magnet wurde hier so gehalten, dass der Nordpol in Richtung des Elektronenstrahls zeigte. Die Elektronen beschreiben eine Schleife und bewegen sich dann wieder zurück nach oben.

Dadurch, dass die magnetischen Feldlinien vom Stabmagneten aus nicht parallel verlaufen sondern leicht divergieren, gibt es eine radiale Komponente des Magnetfeldes, durch die auf sich nach hinten bewegende Elektronen eine Lorentzkraft nach oben entsteht.

Magnetfeld als Schutz vor geladenen Teilchen

Wie wir gesehen haben, lassen sich mit einem inhomogenen Magnetfeld schnelle geladene Teilchen abwehren. Dieser Effekt spielt eine große Rolle für uns, denn durch das Erdmagnetfeld werden wir vor hochenergetischer Strahlung (geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit) geschützt.

Von der Sonne aus gelangt eine große Anzahl geladener energiereicher Teilchen in den Weltraum. Treffen diese in das Erdmagnetfeld, so führen sie spiralförmige Bahnen aus und bleiben zu einem großen Teil im Erdmagnetfeld gefangen. An den Polen, wo das Magnetfeld am stärksten ist, kehren die geladenen Teilchen um.

Gelangen geladene Teilchen in die Erdatmosphäre, so kommt es zu Leuchterscheinungen, wenn diese auf die Moleküle in der Atmosphäre treffen. Diese Leuchterscheinungen sind die Polarlichter, die besonders bei hoher Sonnenaktivität in den Polargebieten der Erde beobachtet werden können.

Es existieren zwei Strahlungsgürtel um die Erde herum, die sich in 700 - 25.000km Höhe befinden, in denen es eine hohe Dichte an bewegten Ladungsträgern gibt.

Mehr über das Erdmagnetfeld erfährst Du bei Leifiphysik.