Stichwort: Ionenreibung, Lorentzkraft auf Ionen
Ionenreibungsgerät bestehend aus:
Grundplatte, Ringmagnet, Glasschale, Stabelektrode, Ringelektrode, Schwimmkörper, Gleichspannungsquelle bis 25 V, Ampèremeter (3 A -Bereich)
Das Gerät wird sinngemäß aufgebaut. Die Gleichspannungsquelle wird an den sich gegenüberliegenden Anschlußbuchsen der Grundplatte über das Amperemeter angeschlossen.
Die Nullstellung des Zeigers wird in Skalenmitte gewählt, so daß das Instrument für beide Stromrichtungen benutzt werden kann.
Man füllt ca. 500 cm³ Leitungswasser in die Schale und setzt unter Umrühren etwa 5 g Eisen(II)-sulfat (FeSO4) und 0,5 cm³ konzentrierte Schwefelsäure (H2SO4) zu.
Die Spannung wird so weit gesteigert, bis die Stromstärke 1 A bis maximal 1,5 A beträgt.
Der Schwimmkörper rotiert.
Erkläre die Beobachtung! Zeichne den Aufbau!
Vorhandene Ionen: Fe++ und SO4--
Versuchsaufbau:
a) Seitenansicht
Die Glasschale enthält 500 cm³ Wasser, 5 g FeSO4 und 0,5 cm³ H2SO4 konz.
b) von oben
Die Fe++ Ionen wandern zur Kathode, die SO4-- Ionen zur Anode. Die Ionenströme fließen im Magnetfeld des Ringmagneten und erfahren eine Lorentzkraft. Sie werden nach der UVW-Regel abgelenkt.
In der Zeichnung oben kommt der rechte Pfeil aus der Zeichenebene heraus, der Pfeil links wird nach hinten abgelenkt. (UVW-Regel)
Hier kommen die magnetischen Feldlinien aus der Zeichenebene heraus.
Die fließenden Ionen "reißen" die Wassermoleküle mit, der Schwimmkörper dreht sich also im Uhrzeigersinn.
Werden Anode und Kathode vertauscht, dann dreht sich der Schwimmkörper im Gegenuhrzeigersinn.
Eine schnellere Rotation wird durch Erhöhung der Fe++ - und SO4-- - Ionenkonzentrationen erreicht.
siehe auch:
Mit lasergekühlten Ionen Reibung besser verstehen
https://www.pro-physik.de/nachrichten/mit-lasergekuehlten-ionen-reibung-besser-verstehen
