Obwohl die wirtschaftliche Bedeutung der Braunschen Röhren (Bestandteil von Röhren-Bildschirmen) in den letzten Jahrzehnten deutlich abnahmen, so findet sich das Thema (noch) immer im Lehrplan “Physik”. Dies liegt dran, dass die Braunsche Röhre nicht nur in Röhren-Bildschirm verwendet wurde (ein wirtschaftlich bedeutende Branche), sondern der Aufbau einer Braunschen Röhre wesentliche physikalische Gesetzmäßigkeiten der Elektrizitätslehre aber auch der Atomphysik beinhaltet. Zudem ist die Braunsche Röhre ein ideales Beispiel im Schulunterricht für eine technische Anwendung.
Bei der Braunschen Röhre handelt es sich um eine (spezielle) Art einer Kathodenstrahlröhre. Diese spezielle Röhre wurde von dem Physiker Braun entwickelt (auf Basis von Vorgängermodellen), weshalb diese Kathodenstrahlröhre auch als Braunsche Röhre bezeichnet wird.
Der Aufbau und das Funktionsprinzip einer Braunschen Röhre
Wie eingangs beschrieben, handelt es sich bei einer Braunschen Röhren um eine Kathodenstrahlröhre. In der Braunschen Röhre werden Elektronen (mit einem Heizdraht) erzeugt, zu einem Strahl gebündelt und beschleunigt. Beim Durchgang des Elektronenstrahls durch die Röhre, wird dieser durch horizontale und vertikale Ablenkplatten (Aufbau von elektrischen Feldern) beliebig (einstellbar) abgelenkt. Damit kann der Elektronenstrahl auf jeden beliebigen Punkt eines Schirms gelenkt werden, der sich am Ende der Braunschen Röhre befindet.
Im Prinzip besteht eine Braunsche Röhre aus einem trichterförmigen Rohr aus Glas, in dem sich ein Vakuum befindet (um den Elektronenstrahl nicht zu beeinflussen. In diesem trichterförmigen Rohr befindet sich der Heizdraht, der über die Kathode der Röhre mit einem Hochspannungsnetzgerät verbunden ist. Daneben finden sich ein Zylinder und eine Lochblende in der Braunschen Röhre um die Elektronen in Richtung der Anode zu befördern. Die Anode ist ebenfalls ein wesentlicher Bestandteil einer Braunschen Röhre, durch die sogenannte Beschleunigungsspannung an der Anode, werden hier die Elektronen bzw. der Elektronenstrahl beschleunigt.
Im weiteren Durchgang durch die Braunsche Röhre passiert der Elektronenstrahl die sogenannten Ablenkplatten. Dieses Ablenksystem besteht aus einer horizontalen und einer vertikalen Ablenkplatte. Zwischen den horizontalen bzw. vertikalen Ablenkplatten wird ein elektrisches Feld aufgebaut (durch Anlegen einer Spannung) und so der Elektronenstrahl abgelenkt. Nach dem “passieren” der Ablenkplatten trifft der abgelenkte Elektronenstrahl am Ende der Braunschen Röhre auf einen “Leuchtschirm”, so dass hier ein farbiger Lichtpunkt erzeugt wird.
Das Funktionsprinzip der Braunschen Röhre
Das Funktionsprinzip der Braunschen Röhre basiert auf den Grundlagen der Elektrizitätslehre und Atomphysik und ist daher ein typisches Beispiel für den MINT-Unterricht
Der Glühdraht besteht aus Metall. Wie aus der Chemie bzw. Physik bekannt, können Atome elektrisch bzw. thermisch angeregt werden. Dabei kann es (wenn die thermische Anregung stark genug ist), zur “Herauslösung” eines Elektrons kommen. Im Rahmen einer Kathodenstrahlröhre spricht man hier von dem sogenannten Glühelektrischen Effekt (es handelt sich hierbei um ein Phänomen aus dem Bereich der Atomphysik).
Die Kathode, Anode und der Zylinder bilden einen geschlossenen Stromkreis. Die Anode ist dabei mit einer Lochblende verbunden und dient dazu, die vom Glühdraht emittierten Elektronen zu beschleunigen. Eine Braunsche Röhre hat aber auch noch einen zweiten Stromkreis, so ist der Glühdraht mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden, um den Glühdraht zu erhitzen (es handelt sich hierbei um ein Phänomen aus dem Bereich der Elektrizitätslehre)
Durch die (variabel einstellbaren) Ablenkplatten kann die Richtung des Elektronenstrahls in der Braunschen Röhre beliegt verändert werden. Wie bei einem Kondensator baut sich zwischen zwei gegenüberliegenden Platten ein elektrisches Feld auf. Dieses elektrische Feld beeinflusst nun den Elektronenstrahl, der sich durch die Platten bewegt. Dabei wird der Elektronenstrahl immer von der negativ geladenen Platte zur positiven geladenen Platte abgelenkt (Modell eines Kondensators)
Genauere Informationen: Teilchen im elektrischen Feld
Eine Braunsche Röhre ist ein früher Typ von Kathodenstrahlröhre oder Monitor, erfunden von dem deutschen Physiker Ferdinand Braun im Jahr 1897.
Die Braunsche Röhre arbeitet nach dem Prinzip der Lenkung von Elektronenstrahlen durch elektrischen und magnetischen Felder.
Die Hauptkomponenten einer Braunschen Röhre sind der Elektronenemitter, der Ablenkplatte oder Spule und der Leuchtschirm.
Die Ablenkung der Elektronen erfolgt entweder durch elektrische oder magnetische Felder, was zu einer Bewegung der Elektronen und dadurch zu einer Ablenkung des Strahls auf dem Leuchtschirm führt.
Wenn der Elektronenstrahl auf den Leuchtschirm trifft, regt er die Phosphoratome an, die daraufhin Licht aussenden und so ein Bild erzeugen.
Anwendungen der Braunschen Röhre findet man in alten Fernsehern und Computermonitoren, sowie in Oszilloskopen in der Elektronik und Physik.
Ein Oszilloskop ist ein Gerät zur Darstellung von elektrischen Signalen, und die Braunsche Röhre spielt dabei eine wesentliche Rolle, da sie das Signal auf ihrem Leuchtschirm darstellt.
Moderne Bildschirme sind effizienter, da sie flach sind und weniger Energieverbrauchen. Außerdem erzeugen sie bessere Bilder und haben eine größere Lebensdauer.
Ein Kathodenstrahl ist ein Strom von Elektronen der von der negativen Elektrode (Kathode) in einer Entladungsröhre erzeugt wird.
Elektrische und magnetische Felder lenken die Elektronen im Braunschen Rohr ab. Elektrische Felder bewirken eine Vertikale Ablenkung des Strahls, während magnetische Felder eine Horizontale Ablenkung bewirken.