Der Aufbau in vier Baugruppen
Die Braunsche Röhre (Ferdinand Braun, 1897) ist ein evakuierter Glaskolben, in dem ein Elektronenstrahl erzeugt, abgelenkt und sichtbar gemacht wird. Jede Baugruppe kennst du schon.
- Elektronenquelle:Glühkathode (1.2.5).
- Beschleunigung:durchbohrte Anode mit \(U_\text{B}\), \(v_0=\sqrt{\tfrac{2eU_\text{B}}{m}}\) (1.2.3).
- Bündelung:der negativ geladene Wehneltzylinder um die Kathode bündelt den Strahl und regelt die Helligkeit.
- Ablenkung:zwei um 90° gedrehte Plattenpaare für x und y (1.2.4).
- Anzeige:der Leuchtschirm wandelt die Bewegungsenergie der Elektronen in Licht um.
Vom Strahl zum Leuchtfleck
Nichts Neues: beschleunigen (1.2.3), quer ablenken und geradlinig weiterfliegen (1.2.4).
- Zwischen den Platten:Parabel, \(y=\dfrac{e\,U_\text{A}\,l^{2}}{2\,m\,d\,v_0^{2}}\).
- Hinter den Platten:kein Feld, geradlinig weiter.
- Auf dem Schirm:\(Y=\left(\dfrac{l}{2}+L\right)\tan\alpha\) mit \(\tan\alpha=\dfrac{v_y}{v_0}\).
- Entscheidend:\(Y\sim U_\text{A}\) — die Röhre zeigt die Spannung unverzerrt an.
Warum die Röhre ein Messgerät ist: Die Auslenkung ist proportional zur Ablenkspannung, und die Elektronen folgen praktisch trägheitslos: Die Röhre macht auch schnell veränderliche Spannungen sichtbar.
Das Oszilloskop: zwei Ablenkungen gleichzeitig
Ein Oszilloskop zeichnet ein Spannungs-Zeit-Diagramm.
- x-Platten:Sägezahnspannung — der Fleck wandert gleichmäßig nach rechts und springt zurück; die x-Achse wird zur Zeitachse.
- y-Platten:die zu messende Spannung zieht den Fleck nach oben oder unten.
- Stehendes Bild:Nachleuchten des Schirms und Trägheit des Auges, wenn jeder Durchlauf dasselbe Bild zeichnet.
Ein Schirmbild auswerten
Auf dem Schirm sind zwei volle Schwingungen zu sehen. Eingestellt sind \(0{,}5\,\mathrm{ms}\) je Kästchen waagerecht und \(2\,\mathrm V\) je Kästchen senkrecht. Eine Schwingung ist 4 Kästchen breit, die Kurve reicht 3 Kästchen über die Mittellinie hinaus.
Zwei gekoppelte Diagramme zeigen links oben die Messspannung an den y-Platten, links unten die Sägezahnspannung an den x-Platten. Rechts entsteht daraus Punkt für Punkt das Schirmbild.
Erst der Sägezahn macht die x-Achse zur Zeitachse; ohne ihn bleibt nur ein senkrechter Strich.
Allgemeine Hinweise
Zwei Spannungen auseinanderhalten
\(U_\text{B}\) an der Anode beschleunigt und legt \(v_0\) fest, \(U_\text{A}\) an den Platten lenkt ab. Ein größeres \(U_\text{B}\) macht den Ausschlag kleiner, weil \(v_0\) im Nenner quadratisch steht.
Scheinbarer Ursprung Plattenmitte
In \(Y=\left(\dfrac{l}{2}+L\right)\tan\alpha\) wird \(L\) ab dem Plattenende gemessen. Die halbe Plattenlänge steckt schon im Term — zähle sie nicht ein zweites Mal dazu.
Effektivwert nur bei Sinus
\(U_\text{eff}=\dfrac{\hat u}{\sqrt2}\) gilt ausschließlich für sinusförmige Signale. Bei Rechteck oder Dreieck liest du Scheitelwert und Periodendauer ab, rechnest aber nicht so weiter.