Aufbau der Elektronenbeugungsröhre

Stell dir vor, du könntest Elektronen wie Lichtstrahlen beobachten - genau das macht eine Elektronenbeugungsröhre möglich! Der Glühdraht wird durch Heizspannung erhitzt und gibt Elektronen frei (glühelektrischer Effekt). Diese werden durch die Beschleunigungsspannung UB zur Anode beschleunigt.

Das Herzstück ist der polykristalline Graphitkristall. Er besteht aus vielen kleinen Einzelkristallen (Kristalliten), die wild durcheinander in verschiedenen Winkeln angeordnet sind. Da Graphit nicht kubisch ist, hat er zwei verschiedene Netzebenenabstände.

Wenn die Elektronen auf den Graphit treffen, passiert etwas Magisches: Sie werden reflektiert und interferieren miteinander! Durch die chaotische Anordnung der Kristallite gibt es immer welche, die die Bragg-Bedingung erfüllen. Auf der Fluoreszenzschicht entstehen dann konzentrische Interferenzringe - ein klarer Beweis für den Wellencharakter der Elektronen.

Merktipp: Die vielen verschiedenen Winkel der Kristallite sorgen dafür, dass immer welche den perfekten "Glanzwinkel" für die Reflexion haben!

Beobachtungen und ihre Bedeutung

Das Coolste an diesem Experiment? Du kannst die Elektronen direkt beeinflussen! Hältst du einen Magnetstab an die Röhre, verschieben sich die Interferenzmuster - das beweist eindeutig, dass es sich um geladene Teilchen (Elektronen) handelt, die der Lorentzkraft unterliegen.

Veränderst du die Beschleunigungsspannung UB, passieren zwei Dinge: Die Lichtintensität nimmt zu und die Ringradien werden kleiner. Das liegt daran, dass sich die Wellenlänge der Elektronen ändert.

Ein häufiger Knackpunkt: Warum entstehen zwei Interferenzringe mit derselben Wellenlänge? Die Antwort liegt in den unterschiedlichen Netzebenenabständen des Graphits! Beide Ringe sind Maxima 1. Ordnung mit identischer Wellenlänge, aber verschiedenen Netzebenenabständen.

Nach der Bragg-Gleichung n·λ = 2d·sin(α) führt ein größerer Netzebenenabstand zu einem kleineren Winkel. Daher gehört der erste (innere) Ring zum größeren Netzebenenabstand.

Prüfungstipp: Merke dir die Bragg-Gleichung - sie erklärt, warum verschiedene Netzebenenabstände verschiedene Ringradien erzeugen!