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S. Hilger, Elektrizität und Magnetismus 42 4.3.3 Bilderzeugung beim Fernsehgerät oder Computer–Röhrenmonitor • Eine Fernsehröhre ist im Prinzip eine Braun’sche Röhre. Die Beschleunigungsspannung hat einen Wert von 25 kV, die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt hier durch die Lorentzkraft mittels Magnetfeldern. • Die Gerbernorm (daneben US-, engl., frz., Norm) legt fest, dass der Bildschirm aus 625 Zeilen zu je 833 Bildpunkten (4:3) besteht. • Ein vollständiges Bild mit 520 625 Bildpunkten wird 25 mal in einer Sekunde aufgebaut. Das bedeutet eine Bildpunktfrequenz von 25 · 520 625 s ≈ 13 MHz. Eine solche Frequenz benötigt für die Übertragung mit elektromagnetischen Trägerwellen eine Trägerfrequenz im Bereich 100...1000 MHz. Das Zeilensprungverfahren: Der Elektronenstrahl wandert beim Aufbau eines Bildes (in 1 25 s) zweimal über den Bildschirm, er schreibt abwechselnd die ungerad- und geradzahligen Zeilen. Dadurch wird ein Flimmereindruck unterbunden. Bei der aktuellen HDTV–Technik (High Definition Television) wird eine verdoppelte Zeilenzahl (1250), eine verdoppelte Bildfrequenz (50 Hz) und ein Bildseitenverhältnis von 16 : 9 verwendet. • Farbfernsehen: Jeder Bildpunkt besteht aus einem Farbpunkttripel für die drei (augenphysiologischen) Grundfarben Rot, Grün, Blau. Entsprechend gibt es drei Elektronenstrahlsystem für diese drei Farben. Eine Loch (oder Schlitz-)Maske 1 cm vor der Leuchtschicht sorgt dafür, dass die Elektronenstrahlen aus einem System den richtigfarbigen Leuchtpunkt erreichen. Dies ist zur Vermeidung von Bildsäumen notwendig. • Die Farbpunkte bestehen aus geeigneten Sulfiden oder Silikaten von Zink oder Cadmium, sie setzen die Energie der auftreffenden Elektronen in Licht (mit einem Nachleuchten von wenigen Millisekunden) um.
S. Hilger, Elektrizität und Magnetismus 43 4.3.4 Der Hall–Effekt ⊖ .. . . Magnetflussdichte . . . . . �B . . . . . . ...d . Plattendicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . .. . . Stromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . .. I I . . . . . . . . . . UH . Hall–Spannung � �✠ �ez Eine dünne Leiterplatte wird von einem Strom der Stärke I in �ex–Richtung durchflossen. Befindet sich dies Leiterplatte in einem Magnetfeld � B (Richtung �ey), so verursacht die Lorentzkraft auf die frei beweglichen Ladungsträger eine Spannung in �ez–Richtung, die sogenannte Hall–Spannung UH. • Dieser Effekt wird nach seinem Entdecker Edwin Herbert Hall (am, 1855 – 1938) Hall–Effekt genannt. • Für den Wert der Hall–Spannung kann man — betragsmäßig — die Beziehung UH = RH · I · B d herleiten. Die Proportionalitätskonstante RH hängt nur von dem Leitermaterial ab, genauere Überlegungen zeigen, dass sie durch RH = 1 n·q gegeben ist, wobei n die Dichte und q die Ladung der freien Ladungsträger ist. • Beim positiven (oder anomalen) Hall–Effekt sind nicht Elektronen die Ladungsträger, sondern die in (dotierten) Halbleitern auftretenden Defektelektronen (Löcher: siehe Elektronik–Vorlesung). Die auftretende Hall–Spannung hat das umgekehrte Vorzeichen. • Mit Hilfe des (positiven) Hall–Effekts kann man die Messung einer Magnetfeldstärke auf die Messung einer Spannung bzw. Stromstärke zurückführen. Damit hat man ein Messgerät für die quantitative Bestimmung von Magnetfeldstärken zur Verfügung. In der Praxis werden hier Halbleiterplättchen (Hall–Sonden, Hall–Generatoren) eingesetzt. Zur weiteren Verstärkung der Hall–Ströme werden Messverstärker verwendet. • Andererseits kann man mit Hilfe des Hall–Effekts die Art und Dichte der freien Ladungsträger in einem Leiter oder Halbleiter bestimmen. • Neben dem oben beschriebenen klassischen Hall–Effekt gibt es noch den sogenannten quantenmechanischen Hall–Effekt, der beispielsweise an der Oberfläche von MOS–FETS (Metalloxid– Halbleiter–Feldemissions–Transistoren) auftritt. Für die Entdeckung und Deutung dieses Effekts (1982, Würzburg, Grenoble) erhielt Klaus von Klitzing (dt, ∗ 1943) 1985 den Nobelpreis für Physik. Dieser Effekt beinhaltet im wesentlichen, dass die Hall–Konstante nur von universellen Naturkonstanten abhängt, er besitzt deshalb eine große praktische Bedeutung für die Festlegung der Einheit Ω und ihre weltweite Reproduzierung zu Eichzwecken. �ey ✻ ✲ �ex
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