Physik · Oberstufe
Die Braun'sche Röhre — 15 Punkte im Physik-Abitur
Wie Elektronen beschleunigt und abgelenkt werden, warum die Rechnung in zwei unabhängige Teile zerfällt und worauf es in der Abituraufgabe wirklich ankommt.
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Worum es geht
Die Braun'sche Röhre ist der Klassiker der Kursstufe: Elektronen werden beschleunigt, dann abgelenkt, und am Ende soll man sagen, wo sie auf dem Schirm auftreffen. Die Aufgabe wirkt groß — sie zerfällt aber in zwei Teile, die man getrennt rechnen kann.
Teil 1: Beschleunigung
Zwischen Glühkathode und Anode durchläuft das Elektron eine Spannung. Die dabei gewonnene Energie ist elektrische Energie, die vollständig in Bewegungsenergie übergeht. Aus diesem Energieansatz folgt die Geschwindigkeit beim Eintritt in den Ablenkbereich.
Wichtig: Diese Geschwindigkeit zeigt in Flugrichtung und bleibt danach unverändert. Das Ablenkfeld steht senkrecht dazu und ändert daran nichts.
Teil 2: Ablenkung
Im Ablenkkondensator wirkt eine konstante Kraft quer zur Flugrichtung. Das ist exakt dieselbe Situation wie beim waagerechten Wurf: gleichförmige Bewegung in der einen Richtung, gleichmäßig beschleunigte in der anderen. Wer das erkennt, hat die Aufgabe im Griff — die Formeln kennt man aus der Mechanik.
Wo Punkte verloren gehen
- Die zwei Spannungen verwechseln. Beschleunigungsspannung und Ablenkspannung sind verschiedene Größen und stehen an verschiedenen Stellen der Rechnung.
- Nach dem Kondensator weiterrechnen wie im Kondensator. Hinter den Platten wirkt keine Kraft mehr — dort fliegt das Elektron geradlinig weiter.
- Die Gewichtskraft mitrechnen. Sie ist gegenüber der elektrischen Kraft völlig vernachlässigbar; das darf man sagen, statt es stillschweigend zu tun.
Im Bildungsplan
Kursstufe Physik, Elektrizitätslehre, aufbauend auf elektrischem Feld und Energieerhaltung.
