Aufgabe 3b - Geladene Teilchen in Feldern · Abitur NRW Physik GK · Elektronenstrahlhärtung 2026

Thema: Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern · Aus der Prüfung GK · Elektronenstrahlhärtung (2026)

Aufgabenstellung

3 Vor Durchführung wurde das Bauteil nicht geerdet, sodass der Lackierprozess fehlerhaft ist (M 3).

Material 3: Aufweitung des Elektronenstrahls

Damit der Elektronenstrahl nicht nur punktuell die Lackschicht bestrahlt, wird dieser aufgeweitet. Dabei erhalten die Elektronen jeweils eine konstante Geschwindigkeit in x -Richtung. Wechselwirkungen der Elektronen im Elektronenstrahl untereinander werden vernachlässigt. Die Elektronen müssen durch eine Erdung des Bauteils nach Auftreffen abgeführt werden.

Die Erdung des Bauteils wurde in der Vorbereitung des Lackierprozesses vergessen. Dadurch werden die Elektronen beim Lackierprozess nicht abgeführt und es bildet sich ein homogenes elektrisches Feld im Bereich zwischen der Lochanode und der Lackschicht aus. Dadurch wird der Elektronenstrahl noch weiter aufgeweitet.

Erklären Sie die mit Aufladung der Oberfläche zunehmende Aufweitung des Elektronenstrahls mithilfe einer Argumentationskette unter Berücksichtigung der Geschwindigkeiten in $x$ - und $y$ -Richtung.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3b - Geladene Teilchen in Feldern · Abitur NRW Physik GK · Elektronenstrahlhärtung 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

b) Erklären Sie die mit Aufladung der Oberfläche zunehmende Aufweitung des Elektronenstrahls mithilfe einer Argumentationskette unter Berücksichtigung der Geschwindigkeiten in x- und y-Richtung.

Lösung: • Auf die Elektronen des Elektronenstrahls wirkt eine Kraft in dem entstehenden elektrischen Feld zwischen Lochanode und Lackschicht. Diese wirkt in $y$ -Richtung mit Orientierung zur Lochanode. • Durch die wirkende Kraft werden die Elektronen in $y$ -Richtung gebremst. • Die Geschwindigkeit der Elektronen in $y$ -Richtung wird reduziert. • In dem sich ausbildenden elektrischen Feld wirken in $x$ -Richtung keine Kräfte auf die Elektronen. Die Geschwindigkeit der Elektronen in $x$ -Richtung bleibt konstant. • Der Geschwindigkeitsanteil in $y$ -Richtung hat sich gegenüber dem Geschwindigkeitsanteil in $x$ -Richtung verkleinert. • Die resultierende Bewegungsrichtung zeigt weiter nach außen. Der Elektronenstrahl weitet sich auf.

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