Geschwindigkeitsfilter
Physik
Basiswissen
Ein Geschwindigkeitsfilter, auch Wienscher Filter genannt, kann aus einem Strahl verschieden schneller, elektrisch geladener Teilchen solche Teilchen mit einer bestimmten Geschwindigkeit heraussortieren. Teilchen ohne die gewünschte Geschwindigkeit werden absorbiert. Das ist hier kurz vorgestellt.
Grundidee eines physikalischen Geschwindigkeitsfilters
Elektrisch geladene Teilchen werden sowohl von einem reinen elektrostatischen Feld abgelenkt, wie auch von einem rein magneischen Feld. Wichtig ist nun die Rolle der Geschwindigkeit für die Stärke der ablenkenden Kraft. Für elektrostatische Felder hat die Geschwindigkeit eines geladenen Teilchen keinen Einfluss auf die Stärke der ablenkenden Kraft. Bei einem reinem Magnetfeld hingegen ist die ablenkende Kraft umso stärker, je schneller ein Teilchen ist. Diese unterschiedliche Wirkung der Geschwindigkeit auf die Stärke der ablenkenden Kraft nutzt man für das Wirkungsprinzip eines Geschwindigkeitsfilter. Die mathematische Formel für diesen Effekt steht im Artikel zur Lorentzkraft ↗
Umsetzung der Grundidee für einen Filter
Ein Plattenkondensator wird in ein homogenes Magnetfeld platziert. Die Feldlinien des elektrischen und des magnetischen Feldes müssen dabei senkrecht zueinander stehen. Nun schießt man elektrisch geladene Teilchen so in das gemeinsame Feld, dass auch die Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen sowohl senkrecht zu den Magnetfeldlinien als auch senkrecht zu den Linien des elektrischen Feldes steht. Man hat die Feldstärken vorher so aufeinander abgestimmt, dass nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit eines Teilchen die ablenkenden Kräfte des elektrischen und des magnetischen Feldes gleich stark sind. Und nur Teilchen mit genau dieser passenden Geschwindigkeit fliegen dann geradeaus weiter durch das Feld und können damit eine Lochblende (ein Loch) erreichen und durch dieses Loch hindurch fliegen. Alle anderen Teilchen werden abgelenkt, vom Apparat geschluckt und gelangen nicht durch das Loch.
