OSCILLOSKOP FÖR DEMONSTRATION BRAUNS KATODSTRÅLERÖR Historisk bakgrund Karl Ferdinand Braun (1850-1918) doktorerade i fysik i Berlin. Han var professor i experimentell fysik vid Tübingens och Straburgs universitet. Braun upptäckte att vissa halvledande kristaller (PbS) hade likriktande egenskaper. Han använde dioder för att utveckla den första kristallmottagande radioapparaten. För denna insats delade Braun 1909 års Nobelpris i Fysik tillsammans med italienaren Guglielmo Marconi. Braun utvecklade katodstråleröret med den horisontella svepspänningen. Denna typ av elektronrör finns i alla oscilloskop, TV-apparater och bildskärmar. Braun dog i USA, som han åkt till för att vittna i en tvist om ett radiopatent. Inkoppling Det behövs tre spänningskällor vid användandet av oscilloskopmodellen: A. Glödtråden matas med växelspänning om cirka 6.7 V. Vrid upp spänningen långsamt. Det är skonsamt för röret. B. Accelerationssteget matas med likspänning cirka 250 V. C. Strålen fokuseras med en likspänning på en Wehnelt cylinder. Denna cylinder ges potentialen cirka -20 V. B DC + 1 C 2 + 2 DC 3 5 AC 4 A E 6 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Bind samman spänningskällorna med rätt siffra på oscilloskopets panel. Det är väsentligt att likspänningskällorna är ordentligt glättade. Bildens skärpa ökar något om glödspänningen vrides ned långsamt. Svepspänningen 7 skall vara frånkopplad då de olika spänningarna vrides upp i ordning A-B-C. Om elektronstrålen inte träffar fluorescerande skärmen i mitten går detta problem att justera med den cylindriska magnet som sitter under elektronröret på en aluminiumstav. Vrid på magneten till dess att strålen träffar skärmens mitt. Svepet 7 kan sedan kopplas på. Eventuellt måste man vrida på magneten ytterligare något om strålen inte går horisontellt över skärmen. Svephastigheten ändras med reglage nummer 8. Till oscilloskopmodellen finns också tre spolar med 300 eller 600 varv. Dessa spolar kan placeras valfritt på en ring runt elektronröret. Elektronstrålens riktning kan påverkas av magnetfältet från spolarna. Då accelerationsspänningen enbart är några hundra Volt blir strålningen "mjuk" - lätt att påverka med yttre elektriska eller magnetiska fält. Experiment Bestämning av jordmagnetiska horisontalkomposanten BH Elektronrörets korrigeringsmagnet skruvas först bort. Röret placeras på ett rullbord. Glöd- och accelerationsspänningarna UA vrides upp långsamt till cirka 6.7 V respektive 270 V. Därefter vrides UA ned (till 259 V) så att ljusfläcken knappt syns på bildskärmen. Genom denna åtgärd blir elektronstrålen lättare att avlänka i jordmagnetiska fältet. Nedanstående figur visar elektronstrålen sett från sidan. Elektronstrålens krökningsradie i jordens magnetfält är R Pythagoras sats ger krökningsradien R. Stålen sjunker/höjs y= 6 mm under inverkan av magnetfältets horisontalkomposant BH vid vridning av rullbordet 360o. Strålen sjunker om elektronriktningen är mot öster och tvärtom höjes strålen på väg åt väster. Vertikalkomposanten flyttar strålen i sidled. Anod Elektronernas ursprungliga riktning BH Bildskärm y x R-y R x 2 y 2 0.217 2 0.006 2 R 3.93m 2y 2 0.006 m v2 0.5 e U A 2 m UA 2 B 14T H 2 2 e R mv e v B H R Mätfelen är cirka 1 mm i y-led och någon (1-2) mm i x-led. Accelerationsspänningens felkälla är maximalt 10 V. Totalt ger det en osäkerhet på jordens horisontalkomposant BH = 1 T