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Braunsche Röhre – Aufbau und Funktionsweise

Hast du schon von der braunschen Röhre gehört, aber weißt nicht, wie sie funktioniert? Erfahre mehr über Glühemission, Elektronen-Ablenkung und Fluoreszenz. Finde heraus, wie dieses Gerät früher in Fernsehern und heute in Oszilloskopen Anwendung findet. Mehr dazu unten!

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Kalo
Braunsche Röhre – Aufbau und Funktionsweise
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Braunsche Röhre – Aufbau und Funktionsweise Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Braunsche Röhre – Aufbau und Funktionsweise kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Namen der Bauteile einer Braun'schen Röhre an.

    Tipps

    Elektronen sind negativ geladen, genauso wie die Kathode.

    Der Wehnelt-Zylinder dient zur Fokussierung des Elektronenstrahls.

    Lösung

    Die Braun'sche Röhre ist ein trichterförmiges, evakuiertes Glasrohr und wird auch Elektronenkanone genannt. Diese Elektronenkanone besteht aus einem Heizdraht, einem Wehnelt-Zylinder dahinter und einer Lochblende.

    Der Heizdraht ist an der Kathode (links) einer Hochspannungsquelle angeschlossen und die Lochblende ist mit der Anode (mitte) verbunden. Der Heizdraht ist noch an einer weiteren Spannungsquelle angeschlossen, die dazu dient, den Draht zu erhitzen. Der Zylinder schließt den Stromkreis durch eine Verbindung zu dem negativen Pol derselben Spannungsquelle. Durch das Erhitzen treten Elektronen aus der Glühkathode aus. Sie werden zur Anode hin beschleunigt und im Wehnelt-Zylinder (zweite von links) zu einem dünnen Elektronenstrahl fokussiert.

    Durch Ablenkplatten (zweite von rechts) kann die Richtung des Elektronenstahls verändert werden. Das Plattensystem besteht aus zwei Plattenpaaren: horizontal und vertikal.

    Treffen die Elektronen auf dem Leuchtschirm (rechts) auf, so erzeugen sie in einer fluoreszierenden Farbschicht einen Lichtfleck.

  • Gib an, wie sich die Elektronen in der Braun'schen Röhre verhalten.

    Tipps

    Die Glühkathode einer Braun'schen Röhre wird vom Heizfaden zum Glühen gebracht.

    Der Wehnelt-Zylinder ist negativ oder positiv geladen und drängt die Elektronen in der Mittelachse zusammen. Dabei entsteht ein gebündelter Elektronenstrahl.

    Lösung

    Die Glühkathode einer Braun'schen Röhre wird vom Heizfaden zum Glühen gebracht. Elektronen werden durch die Glühemission aus der Glühkathode freigesetzt. Sie erhalten durch die Temperatur so viel Energie, dass sie den Draht verlassen können. Zwischen Kathode und Anode liegt die Beschleunigungsspannung. In diesem elektrischen Feld werden die Elektronen beschleunigt.

    Der Wehnelt-Zylinder ist negativ oder positiv geladen und drängt die Elektronen in der Mittelachse zusammen. Dabei entsteht ein gebündelter Elektronenstrahl. Die Anode ist durchbohrt, sodass der Elektronenstrahl durch sie hindurch treten kann. Er durchläuft dann zwei Paare von Ablenkplatten (vertikal und horizontal). Liegt an diesen Platten eine Spannung an, wird der Strahl abgelenkt. Schließlich trifft er auf eine Leuchtschicht. Somit wird der Strahl sichtbar.

  • Gib an, was man unter Glühemission versteht.

    Tipps

    Durch die Glühemission werden Elektronen freigesetzt, die im elektrischen Feld zwischen Kathode und Anode beschleunigt werden.

    Wie kann man Temperatur auf atomarer Ebene erklären?

    Lösung

    Durch die Glühemission werden Elektronen freigesetzt, die im elektrischen Feld zwischen Kathode und Anode beschleunigt werden. Nur so kann innerhalb der Braun'schen Röhre ein Strom fließen. Doch was genau passiert bei dieser Glühemission?

    Durch die Erhöhung der Temperatur eines elektrischen Leiters vergrößert sich die Schwingungsweite der Atome im Festkörper. Auch die freien Elektronen nehmen an der Bewegung teil. Einige Elektronen an der Oberfläche des Metalls erhalten eine so starke kinetische Energie, dass sie aus dem Metall austreten.

    Diesen Effekt nennt man Glühemission.

  • Gib an, wozu der Wehnelt-Zylinder einer Braun'schen Röhre dient.

    Tipps

    Der Elektronenstrahl ist hinter dem Wehnelt-Zylinder stärker fokussiert als vorher. Wie kann das sein?

    Elektronen sind negativ geladen. Wie muss der Wehnelt-Zylinder geladen sein?

    Gleiche Ladungen stoßen sich ab.

    Lösung

    In einer Braun'schen Röhre befindet sich zwischen der negativ geladenen Kathode und der positiv geladenen Anode der sogenannte Wehnelt-Zylinder. Doch welche Funktion erfüllt dieser Zylinder?

    Der Wehnelt-Zylinder ist eine zylinderförmige Elektrode zum Fokussieren von Elektronenstrahlen.

    Der Wehnelt-Zylinder wird in unmittelbarer Nähe der Kathode angebracht. Die Elektronen werden durch das negative Potenzial der Zylinderwand gleichmäßig von dieser abgestoßen und somit zur Strahlenachse hingelenkt.

  • Gib die Ladung der Kathode und der Anode einer Braun'schen Röhre an.

    Tipps

    Wie sind Elektronen geladen?

    Die Anode zieht Elektronen an.

    Zwischen Anode und Kathode liegt ein elektrisches Feld.

    Lösung

    Die Glühkathode einer Braun'schen Röhre wird vom Heizfaden zum Glühen gebracht. Elektronen werden durch die Glühemission aus der Glühkathode freigesetzt. Sie erhalten durch die Temperatur so viel Energie, dass sie den Draht verlassen können. Zwischen Kathode und Anode liegt die Beschleunigungsspannung. Um eine Spannung aufbauen zu können, müssen Kathode und Anode unterschiedlich geladen sein.

    In diesem elektrischen Feld werden die Elektronen beschleunigt. Da Elektronen negative Ladungsträger sind und zur Anode hin beschleunigt werden, muss die Anode positiv geladen sein. Es gilt nämlich: Ungleiche Ladungen ziehen sich an.

    Und da Kathode und Anode unterschiedlich geladen sind, ist die Kathode negativ geladen.

  • Gib an, was auf einem Auffangbildschirm einer Braun'schen Röhre zu erkennen ist, wenn an die horizontalen Ablenkplatten eine Sägezahn-Spannung und an die vertikalen Ablenkplatten eine Wechselspannung angelegt wird.

    Tipps

    Wechselspannung nennt man eine elektrische Spannung, deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt.

    Lösung

    Würde nur an den vertikal angeordneten Ablenkplatten (Ablenkung in $y$-Richtung) eine Wechselspannung angelegt werden, wäre das auf dem Schirm erscheinende Bild als vertikaler Strich sichtbar. Der Elektronenstrahl, welcher bei ausgeschalteten Ablenkplatten nur als Punkt sichtbar ist, würde sich nämlich nur schnell hoch- und runterbewegen. Diese schnelle Bewegung würde einen Strich erzeugen.

    Wird der Elektronenstrahl zusätzlich durch die horizontalen Ablenkplatten (in $x$-Richtung) durch eine Sägezahn-Spannung abgelenkt, bewirkt dies eine Bewegung des Leuchtflecks in $x$-Richtung. Nach einer Periode der Sägezahnspannung springt der Leuchtfleck zu seinem Ausgangspunkt zurück.

    Überlagern sich diese beiden Ablenkungen, so entsteht das Bild einer sinusförmigen Kurve (siehe Bild).