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So gehst du vor
- 1Wähle ein Level und lies den Auftrag. Die Ionen kommen aus dem grauen Kästchen mit dem orangen Punkt. Ein Detektor ist ein leuchtendes Feld, seine Farbe zeigt, welche Ionen hineinsollen.
- 2Tippe unter dem Spielfeld auf ein Bauteil und dann ins Feld. Es sitzt dort, wo du tippst. Der Vorrat ist je Level knapp.
- 3Ziehe ein gewähltes Bauteil mit dem Finger, am orangen Punkt änderst du seine Größe. Rechts stellst du Spannung, Flussdichte und Richtung ein. „Bauteil löschen“ nimmt es wieder weg.
- 4Drücke „Start“ und schau zu. Tippen aufs Feld hält an, „Tempo × 3“ spart Zeit. Die Bahnen bleiben schwach stehen, sodass du siehst, was du nachbessern musst. Das Spiel hält von selbst an, wenn du die Seite verlässt.
- 5Punkte gibt es für jedes Ion im Ziel, für ungenutzte Bauteile und für wenige Läufe. Dein Rekord gilt je Level und bleibt nur auf deinem Gerät. An der Tastatur rücken die Pfeiltasten das Bauteil, P hält an, Entf löscht.
Level 1: Die Parabel
Lenke den Protonenstrahl nach oben in den Detektor. Du hast einen Kondensator.
Zeitlupe: 1 s im Bild sind 0,143 µs. Die Punkte haben 5 cm Abstand.
Bauteil
Noch nichts gesetzt.
Die Ionen
| Ion | m in u | v in ms | r in cm |
|---|---|---|---|
| 30 × H⁺ | 1,01 | 1,0 · 106 | – |
Ladung: Das Plus oder Minus am Namen nennt q in Vielfachen von e. Der Radius r gilt für das gewählte oder erste Magnetfeld.
Die Physik dieses Levels
Zwischen den Platten wirkt die konstante Kraft F = q · E quer zum Strahl. Das Ion fliegt wie ein waagerecht geworfener Stein auf einer Parabel. Hinter dem Feld wirkt keine Kraft mehr, es fliegt geradeaus weiter.
Fel = q · E, E = Ud, y = q · E · x²2 · m · v²
Modell wie im Skript: Die Felder sind homogen und enden scharf an ihrer Grenze, die Ionen spüren einander nicht, und die Geschwindigkeiten sind klein gegen die Lichtgeschwindigkeit. Die Bahnen rechnet das Boris-Verfahren: Es dreht v im Magnetfeld, ohne den Betrag zu ändern, darum spiralt eine Kreisbahn nicht auf. Die Platten eines Kondensators sind Wände. Der Rekord liegt nur im Speicher dieses Browsers.
Aufträge
- Level 1 mit der Musterlösung: Protonen mit v = 1,0 · 106 ms fliegen durch einen 20 cm langen Kondensator mit d = 12 cm und U = 3,5 kV. Berechne E, die Beschleunigung a, die Ablenkung am Ende der Platten und die Steigung der Bahn dahinter.
- Warum bleibt der Betrag der Geschwindigkeit im Magnetfeld gleich, im Kondensator aber nicht?
- Level 4: Berechne die Flussdichte, mit der ⁷Li⁺-Ionen (3,3 keV) einen Halbkreis mit r = 7,5 cm laufen.
- Level 7: Der Filter hat B = 300 mT und d = 6 cm. Welche Spannung lässt v = 3,0 · 105 ms durch? Warum spielt die Ladung keine Rolle?
- Level 9: Wie weit liegen die Auftreffpunkte von ²⁰Ne⁺ und ²²Ne⁺ bei B = 397 mT auseinander?
- Könnte man ²⁰Ne⁺ und ⁴⁰Ar²⁺ bei gleicher Geschwindigkeit in Level 10 trennen?
- Berechne die Umlaufdauer T eines Protons bei B = 100 mT. Warum hängt sie nicht von v ab?