so funktioniert ein

Vorweg:

das Entscheidende bleibt hier wie schon in notgedrungen durch keinerlei mechanisches Denken erreichbar:

• man mag sich den Fluss (!) elektrischer Ladung noch wie einen Fluss vorstellen

(und ein Widerstand ist dann eine Verengung , vor der sich die Elektronen stauen),

• aber spätestens elektromagnetische Felder (?) sind wohl überhaupt nicht mechanisch erklärbar

(Feldlinien erklären noch lange nicht die Anziehung oder Abstoßung von Elektronen).

Das hat eine wichtige didaktische Konsequenz: z.B. an können Schüler

(ohne Vorwissen; s.u.)

nicht sehen bzw. entdecken, wie ein Röhren-Fernsehgerät funktioniert: ohne Strom ist solch eine Bildröhre "tot", und selbst wenn Strom fließt, sieht man ja nichts - außer den Spätfolgen vorne auf dem Bildschirm.

Nach der , der   und der (allerletzten?)

(was natürlich nur Klassifizierungen durch alte Säcke sind)

wächst derzeit die heran, die vielleicht noch nie einen Röhrenfernseher gesehen hat. Und wenn doch, so hat sie ihn vermutlich noch nie von innen gesehen - und damit auch nicht eine Bildröhre.

Für solch eine Generation mag (jetzt mal gedreht) wie eine verschlossene Flasche oder eine Vase mit einer kupferfarbenen Verzierung erscheinen.

Eine verschlossene Flasche erinnert aber an den "Geist in der Flasche":

 

Die Bildröhre ist für junge Leute also vermutlich gar nicht als solche erkennbar. Und schon gar nicht ist erkennbar, wie sie funktioniert.

Die Bildröhre kann also nur für Schüler physikalisch interessant sein, die schon Vorwissen haben über

• elektromagnetische Felder um stromdurchflossene Kabel und Spulen
• und das Verhalten von Elektronen in solchen Feldern.

Erst wenn dieses Vorwissen im Vorunterricht vermittelt wurde, kann man Schüler auf die Bildröhre loslassen.

Dann aber ist die Bildröhre endlich mal ein praktischer Gegenstand.

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Zu "meiner" Zeit

(als ich also noch schön und jung war)

gab's nur Röhrenfernseher, die so groß

(oder genauer: tief)

waren, dass sie geradezu Möbelstücke waren, die man dann konsequenterweise manchmal gleich in einen Schrank eingebaut hat

(vielleicht auch, weil sie - wie jede neue Technik - ein bisschen peinlich waren und deshalb versteckt werden mussten):

Kaum eine technische Revolution scheint mir derart schnell erfolgt zu sein wie der Übergang von solchen Röhren- zu Flachbildschirmen, die Bilderrahmen ähneln:

(Röhrenfernseher gehören also auf die Liste der aussterbenden Arten.)

So schön und praktisch die neuen Flachbildschirme sind, so haben sie doch einen entscheidenden Nachteil:

• da gibt es nichts mehr zu öffnen,
• und innen ist auch nichts zu sehen und somit auch nichts mehr zu verstehen.

(Oder doch?:  bzw.   )

Um also überhaupt noch irgendwas (teilweise) verstehen zu können, habe ich mir mal einen Mini-Röhren-Fernsehgerät besorgt

(der zudem ein Schwarzweißfernseher ist, was die Erklärungen unten erheblich vereinfacht):

(Originalgröße)

Als ich den dann geöffnet habe, schlug mir aber auch bei solch einem Uralt-Gerät doch schon unerwartet viel Elektronik entgegen:

(von oben)

(von unten;

nebenbei: es gibt eine Ästhetik der Leiterbahnen und U-Bahn-Karten: ;

vgl. auch )

Also stellen wir uns noch dümmer, als wir sowieso schon sind

,

schmeißen alle Elektronik weg - und dann bleibt nur die Bildröhre mit dem kupferfarbenen Knubbel hintendran über:

Den Knubbel kann man dann noch nach rechts abziehen

(ab jetzt sind die Bilder vergrößert).

Schon da merkt man, dass dieser Knubbel aus (erstmal) zwei Teilen besteht, die lose aufeinander sitzen:

1. einem noch durch zwei schwarze Teile (einer hier unsichtbar hinten) zusammen gehaltenen äußeren Ring  ,
2. einem inneren Teil  .

Wenn man nun bei beiden schwarzen Teilen die Klammern löst, zerfällt der Knubbel in vier Einzelteile

,

von denen offensichtlich vorher

• die beiden rechten den äußeren Ring
• und die beiden linken den inneren Teil

gebildet hatten.

Wenn man die zusammengehörigen Teile nebeneinander legt, ergeben sich wieder

• der äußere Ring ,
• das innere Teil  von schräg oben und aus Vogelperspektive .

(Nebenbei: solche kunstvollen Wicklungen von Kupferdraht haben durchaus auch ihren ästhetischen Reiz! Vgl. etwa)

Man kann die Bildröhre in vier Bereiche unterteilen:

Von rechts nach links:

1.   bzw. größer : die "Elektronenkanone" und überhaupt das einzige Teil, an dem man erahnen kann, dass in der Bildröhre wohl "irgendwas Elektronisches" passiert. Von hier aus werden Elektronen nach links zum Bildschirm hin geschossen:

Auf diese "Elektronenkanone" will ich nicht genauer eingehen, weil sie

(wie erahnen lässt)

viel zu kompliziert ist

(allerdings ließe sich wohl auch diese "Elektronenkanone" auf ein einfaches Grundprinzip reduzieren).

2.   : die "Ablenkungseinheit", die wir oben schon auseinander genommen gesehen haben und auf die unten genauer eingegangen wird.
3. : der "Flugraum", in dem die Elektronen zwischen "Ablenkungseinheit" und Bildschirm von rechts nach links fliegen.

(Nebenbei: damit die Elektronen ungehindert fliegen können, herrscht in der Bildröhre ein Vakuum. Damit aber das Glas nicht durch den äußeren Luftdruck eingedrückt wird, ist es sehr dick, weshalb so eine Bildröhren erstaunlich schwer ist.

Vorsicht: niemals eine Bildröhre einschlagen oder anderweitig öffnen, weil sie dann implodiert und gefährliche Glassplitter durch die Gegend fliegen.) 

4. : der Bildschirm, auf den die Elektronen prallen. Dieser Bildschirm ist innen mit einer fluoreszierenden Beschichtung versehen, die an den Stellen aufleuchtet, wo Elektron in sie einschlagen. Alle leuchtenden Punkte ergeben zusammen das für den Menschen sichtbare Fernsehbild

Im Folgenden soll uns vor allem 2. interessieren, also die „Ablenkungseinheit“ .

Wir hatten oben schon gesehen,

• aus welchen Einzelteilen sie besteht

• und wie je zwei Einzelteile zusammenpassen, nämlich und .

Auch hatten wir schon gesehen, dass im zusammengebauten Zustand in steckt.

Wie genau das aber aussieht, kann man gut aus folgender Perspektive sehen:

Da hat 

•   seine langen, zur "Elektronenkanone" parallelen Seiten oben und unten,
• seine langen, zur "Elektronenkanone" parallelen Seiten links und (hier nicht sichtbar) rechts:

Oder von hinten gesehen:

Aus dem Vorunterricht ist bekannt: je nach Fließrichtung des Stroms zieht ein Leiter bzw. eine Spule Elektronen an oder stößt sie ab.

(Für das Abstoßen gibt es eine anschauliche Analogie, nämlich Seitenwind: . Und eine entsprechende Analogie für das Anziehen ist ein rückwärtslaufender, saugender Propeller, also ein Staubsauber.)

Wir gehen nun mal davon aus, dass die Fließrichtung des Stroms in unserem Beispiel immer so ist, dass die Spulen A, B, 1 und 2 Elektronen anziehen. Dabei sei es außerdem immer so, dass die von der "Elektronenkanone" abgeschossenen Elektronen

• von vorne in hinein-

• und dann nach hinten zum Bildschirm herausfliegen.

Dann gilt:

• wenn die Spule A angeschaltet ist, fliegen die Elektronen nach links: ;

• wenn die Spule B angeschaltet ist, fliegen die Elektronen nach rechts: ;

• wenn die Spule 1 angeschaltet ist, fliegen die Elektronen nach oben: ;

• wenn die Spule 2 angeschaltet ist, fliegen die Elektronen nach unten: .

Mit dem Bildschirm im Hintergrund sieht das so aus:

• wenn beispielsweise Spule A von einem starken Strom durchflossen wird und somit ein starkes Magnetfeld erzeugt, fliegt das Elektron weit nach links:

Von oben sieht das so aus:

• Wenn hingegen die Spule A von einem schwachen Strom durchflossen wird und somit ein schwaches Magnetfeld erzeugt, fliegt das Elektron nur ein wenig nach links:

• Entsprechend sorgt ein mehr oder minder starker Strom in den Spulen B, 1 oder 2 für eine mehr oder minder starke Ablenkung nach rechts, oben oder unten.

(Nur wenn an allen vier Spulen gar kein Strom [oder an allen vieren gleich starker Strom] anliegt, fliegt das Elektron aus der "Elektronenkanone" ohne Ablenkung geradeaus und somit auf die Mitte des Bildschirms.)

• Durch Kombination von je zwei stromdurchflossenen Spulen kann man auch noch andere als nur horizontale oder nur  vertikale Ablenkung des Elektrons erreichen.

Beispiel dafür sei eine Kombination der Spulen A und 1, so dass das Elektron gleichzeitig nach links und nach oben abgelenkt wird und somit nach links oben fliegt: 

Um nun ein komplettes Bild auf dem Bildschirm zu erzeugen, ist es sinnvoll,

• die Elektronen nicht willkürlich mal hier, mal da auf den Bildschirm zu feuern,
• sondern das hübsch systematisch zu tun.

Man erreicht das mit dem sogenannten "Zeilensprungverfahren", bei dem

• immer erst eine Zeile von links nach rechts aufgebaut
• und erst danach in die nächste Zeile gewechselt wird,
• die dann wiederum von links nach rechts aufgebaut wird;
• ...
• und wenn die unterste Zeile fertig ist, beginnt alles wieder mit der obersten:

Damit würde man allerdings nur ein komplett graues Bild bekommen. Zusätzlich muss also noch dafür die Intensität der Helligkeit reguliert werden, was dadurch geschieht, dass direkt nebeneinander viele oder aber wenige Elektronen einschlagen.

Am Beispiel der ersten Zeile könnte das z.B. so aussehen:

Damit das Bild aber nicht allzu "grobkörnig" wird, sind in Wirklichkeit aber mehrere hundert Bildpunkte allein für eine einzige Zeile nötig - und mehrere hundert Zeilen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass ein Film eine Abfolge leicht unterschiedlicher Bilder ist. Da das menschliche Gehirn aber etwa 15 Bildern pro Sekunde braucht, um eine Folge aufeinanderfolgende Bilder als bewegte Szene wahrzunehmen, müssen mindestens 15 Bilder pro Sekunde erzeugt werden.

Insgesamt müssen also pro Sekunde mehrere hunderttausend Bildpunkte erzeugt werden!

Das Abschießen und Ablenken der Elektronen muss also rasend schnell vor sich gehen, wozu die Elektronik, also

da ist

(die außerdem dazu da ist, das von der Antenne kommende Signal so umzurechnen, dass die Bilder erzeugt werden).

Sogar ein Uralt(schwarzweiß)fernseher ist also ein bewundernswertes Meisterwerk der Präzision und rasenden Schnelligkeit!

Im Vergleich damit ist ein Maschinengewehr eine ziemlich schlappe Veranstaltung.