Stern-Gerlach-Apparatur

Funktion und Verwendung

Das Stern-Gerlach-Experiment zeigt, dass die räumliche Ausrichtung des Drehimpulses quantisiert ist. Mehr als 100 Jahre sind vergangen, seit das Experiment von Stern und Gerlach erstmals durchgeführt wurde. Die heutigen technischen Möglichkeiten erlauben es, dieses Experiment mit einem Gerät auszuführen, das sowohl kompakt als auch einfach zu bedienen ist. 

Der Langmuir-Taylor-Detektor besteht aus einem glühenden Wolframdraht (ca. 800 °C), der auftreffende Kaliumatome zu Ionen verdampft, da deren Ionisationsenergie kleiner als die Austrittsarbeit von Wolfram ist. Die Ionen werden durch ein elektrisches Feld zu einer Sammel­elektrode beschleunigt; der Strom ist proportional zur Anzahl der auftreffenden Atome. Durch Verschieben des Drahtes quer zum Strahl lässt sich die Intensität ortsabhängig und in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke messen. 

Vorteile

Die Stern-Gerlach-Apparatur von PHYWE weist folgende Vorteile auf:

• Beibehaltung des ursprünglichen Messprinzips, jedoch in einer dem Stand der Technik entsprechenden Ausführung.
• Stark vereinfachte Bedienung und Handhabung.
• Übersichtlich angeordneter Aufbau.
• Einfache Justierung.
• Anschauliche Ergebnisse, die messbar und berechenbar sind.
• Empfindlicher Detektor.
• Kalium ist besonders geeignet, da es bei niedriger Temperatur (< 200 °C) verdampft und Ablagerungen leicht entfernt werden können.
• Das Experiment wird üblicherweise bei 10^–6 mbar durchgeführt und ermöglicht einen deutlich größeren Strahl, sodass Ausrichtungsprobleme des historischen Experimentes entfallen.
• Standardisierte Flansche erlauben das Öffnen und Schließen der Apparatur an mehreren Stellen zum Experimentieren, sowie zur Reinigung und Wartung.

Ausstattung und technische Daten

Die Stern-Gerlach-Apparatur wird im Stern-Gerlach-Versuch (P2511101) verwendet und kann mit dem Hochvakuumpumpstand auf rollbarem Tisch (09059-99) betrieben werden.

Die Ausstattung der Stern-Gerlach-Apparatur umfasst folgende Geräte mit den technischen Daten:

• Atomstrahlofen
  • elektrisch heizbarer Kaliumverdampfer mit Justiervorrichtung und Thermoelement
  • Ofenmaterial: Edelstahl
  • Ofentemperatur: ca. 170 °C
  • Thermoelement: NiCr-NiKalium (Typ J)
• Atomstrahl Querschnitt: 0.5 x 4 mm²
• Langmuir-Taylor-Detektor 
  • Elektrisch heizbarer Drahtdetektor mit Kollektor, Abschirmzylinder und Justiervorrichtung
  • Detektordraht mit d = 0,25 mm, Material: Wolfram
  • Betriebstemperatur: max. 1000 °C
  • Detektor ist mittels eines metallischen Faltenbalges schwenkbar und vakuumdicht an den Analysator angeflanscht.
  • Detektorschwenkung durch präzise Hebelführung mit Mikrometerverstellung
• Magnetischer Analysator
  • Speziell geformte Polschuhe aus magnetisch weichem Reineisen, vakuumdicht eingebaut.
  • Polschuhlänge: 70 mm
  • Polschuhspaltweite: 2 mm
• Anschluss an Vakuumpumpstand über DIN Nennweite 40 mm Kleinflansch
• Maße der Apparatur, Höhe × Breite × Tiefe (mm): 150 × 870 × 165
• Gewicht: 5200 g