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Man hat eine Möglichkeit gesucht Elektronen zu bündeln und in einem Punkt zu vereinen. Als erstes gelang dies K.F. Braun (1850 - 1918). Er erfand als erster Mensch die Kathodenstrahlröhre und nannte sie Braunsche Röhre. Benutzt wird die Braunsche Röhre vor allem in Fernsehgeräten und in wissenschaftlichen Geräten wie dem Oszillograph oder dem Radargerät. Wie funktioniert nun diese Röhre? Da sich die Elektronen in einem Leiter in ständiger wilder Bewegung befinden und durch Zusammenstöße niemals alle in einer engsten Umgebung zusammenkommen würden (Dies gilt bei normaler, gemäßigter Temperatur), war es schwer einen Leuchtpunkt mit Elektronen herzustellen. Bei höherer Temperatur nehmen die Bewegungen und Zusammenstöße zu, bis zum Glühen des Leiters.
Beim Glühen treten einzelne Elektronen aus. Diesen Vorgang des Elektronenaustritts nennt man Elektonenemission. Diese Emission geht von der Kathode aus, bei einer
\"Schicht-Kathode\" erhält man schon bei dunkler Rotglut (ca. 100 °C) eine starke Elektronenemission, also einen sehr lebhaften Fluß der Elektronen durch die Kathodenoberfläche hindurch in den umgebenden Raum. Wir setzen ein kleines Kathodenplättchen vor eine Heizspirale in ein luftleeres, trichterförmiges Glasgefäß. Am anderen Ende des Glasgefäßes ist ein Belag aus einem elektrischen leitenden Materials die \"Anode\" angebracht. Wird durch eine Batteriespannung die Anode positiv aufgeladen, dann wird die vor der Kathode anliegende Elektronenwolke mit großer Geschwindigkeit zur Anode hingezogen und prasselt als ein Elektronenregen auf dieser nieder. Diese Batterie wirkt wie eine Elektronenpumpe, sie saugt mit ihrem positiven Pol die negativ geladenen Elektronen an und preßt sie aus ihrem negativen Pol (Die Kathode) wieder heraus. So entsteht ein Kreislauf von fliegenden Elektronen von der Kathode zur Anode. Es fließt also ein ununterbrochener und völlig gleichmäßiger Elektronenstrom zwischen Kathode und Anode. Da ein Vakuum in dem Glasgefäß vorhanden ist, haben die Elektronen keinen Widerstand auf ihrem Weg zur Anode, sie erreichen daher sehr hohe Geschwindigkeiten, diese hängt aber vom Potentialunterschied zwischen Kathode und Anode ab. Bei einer Spannung von einigen hundert Volt erreicht man Geschwindigkeiten von ca. 10000 Kilometer pro Sekunde. Mit einigen Zehntausend Volt kann man die Elektronen schon fast auf Lichtgeschwindigkeit bringen. Bei manchen Materialien der Anode (z.B. Zinksulfit) erkannte man schon früh, beim Auftreffen der Elektronen auf die Anode einen kleinen Lichtschimmer. Diese Erscheinung nennt man Lumineszenz-Effekt (genauer Kathodenlumineszenzeffect). Es handelt sich um nichts anderes, als daß im Moment des Aufpralls die Bewegungsenergie der Elektronen in Wärmeenergie und Lichtenergie umgewandelt wird. Je heller das Licht sein soll, desto mehr Elektronen müssen in dem Moment auf den Schirm prallen und die Energie der Elektronen muß groß sein. Beide Werte sind vom Potentialunterschied der Kathode und der Anode abhängig. Je stärker dieses Feld, um so intensiver wird die Elektronenwolke an der Kathode weggesaugt, um so mehr Elektronen können also die Kathode verlassen und zum Leuchtschirm fliegen. Die beschleunigende Kraft wird natürlich auch größer und die Elektronen prallen mit höherer Geschwindigkeit auf den Leuchtschirm. Höhere Geschwindigkeit bedeutet höhere Auftreffenergie und damit größere Helligkeit des Leuchtschirmes. Es wird aber nicht alle Elektronenenergie in Licht umgewandelt wird, sondern der größte Teil wird in Wärme umgewandelt. Ein scharf gebündelter Elektronenstrahl kann schon nach kurzer Zeit einen Brennfleck in dem Leuchtschirm hinterlassen. Also muß der Leuchtschirm diese Wärme im genügendem Maße an das Glas und an die Umgebung abgeben.
Das alles ist das grundsätzliche Prinzip der Kathodenstrahlröhre. Bevor diese Röhre aber zu dem universal verwendbarem Instrument wurde, ohne das heute kaum mehr irgendwelche
Messungen, Kontrollen, oder Untersuchungen auf den meisten Gebieten der Technik denkbar sind, mußte sie noch in dreierlei Hinsichten erweitert und verbessert werden:
1.An Stelle einer großen und nur schwach leuchtenden Fläche, sollte ein kleiner, heller und scharfer Leuchtpunkt entstehen. Dazu mußten die von der Kathode in breitem Strahl
wegfliegenden Elektronen zu einem sehr dünnen Strahl \"fokussiert\" werden.
2.Dieser dünne Elektronenstrahl und sein Leuchtpunkt am Schirm sollten durch elektrische Mittel beliebig über den ganzen Leuchtschirm hin und her bewegt werden können.
3.Die Helligkeit des Leuchtpunktes sollte nach Belieben zwischen maximal hell und völlig unsichtbar (dunkel) regelbar sein.
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