Ursprunglig fråga:
Hej! Jag har läst att gamla bildskärmar (de stora i glas med strålar i) fungerar olika på norra och södra halvklotet. Är det sant? Är det verkligen så att man tillverkar/tillverkade bildskärmar för användning på ett specifikt halvklot?

Varför? Är/Var det så med flera apparater?
/Sven G, Eslöv

Svar:
Hej Sven! Ja, man roterar kontakten på videokabeln så att bilden blir rättvänd !

Nej, jag skojar. Problemet är mer komplicerat än så. Apple support säger följande:

Variations in the earth's magnetic field can affect a monitor's performance, especially if it is moved from one hemisphere to the other.

Monitors based on cathode-ray tube (CRT) technology, including those found in iMac computers, use precisely controlled magnetic fields to direct the flow of electrons to the red, green, and blue light emitting phosphors on the monitor. The earth's magnetic field varies in intensity throughout the world, which can affect the path of this electron beam. During manufacturing, CRT-based monitors are aligned in special areas called helmholtz cages that simulate the magnetic field the monitor is being aligned for. Monitors are typically aligned for the Northern Hemisphere or the Southern Hemisphere, and sometimes for the equatorial region.

A CRT-based monitor purchased in the Northern Hemisphere may not perform correctly if it is moved to the Southern Hemisphere. The reverse is also true because the earth's magnetic fields are not the same in each hemisphere. A monitor moved to another hemisphere may encounter color purity problems that cannot be adjusted out. It is technically possible to realign a monitor to work in a different hemisphere, but the skills and specialized equipment required make it prohibitively expensive for most purposes.

Liquid crystal displays, such as the Apple Cinema Display and the display of an iBook computer, are not affected by the earth's magnetic fields, and can be moved between the Northern and Southern Hemispheres.

Det är alltså det varierande jordmagnetiska fältet som orsakar problemet. Förutom en komponent längs jordytan från söder till norr (ja, faktiskt eftersom den norra magnetiska polen faktiskt definierats som en sydpol) finns en vertikal komponent som på norra halklotet går neråt och på södra halvklotet uppåt. Denna vertikalkomponent kommer att orsaka en förskjutning i sidled som är olika på de två halvkloten och kan tänkas orsaka att elektronstrålarna inte träffar där de skall på skärmen.

Vad som är lite förvånande är att det verkar inte vara något problem med den horisontella komponenten av det jordmagnetska fältet. Denna borde orsaka problem när man vrider skärmen i horisontalplanet. Jag har räknat lite på detta och experimenterat med vår TV, se nedan.

Problemet är emellertid övergående eftersom moderna platta skärmar (LCD- eller plasma-skärmar) inte har någon elektronstråle som kan avlänkas.

Se länk 1 för mer om effekten och Cathode_ray_tube för mer om hur bildskärmar fungerar. Länk 2 beskriver experiment med magneter, men var försktig eftersom alltför starka magneter kan förstöra bildskärmen! Länk 2 beskriver (tyvärr är det radio, så man ser ingenting) även vad som händer när man vänder TVn upp och ner.

Teori och experiment

Låt oss för de mer avancerade försöka beräkna hur mycket en elektron i ett TV-rör påverkas av det jordmagnetiska fältet.

En elektron (laddning e, massa m) rör sig i en cirkelbana med radien r i ett homogent magnetfält av styrkan B tesla. Man får om man sätter kraften från magnetfältet lika med centripetalkraften:

Bev = mv²/r

dvs

r = mv/(Be)

Elektronens hastighet v kan beräknas från

mv²/2 = Ve

dvs

v = sqrt(2Ve/m)

där V är accelerationsspänningen, typiskt 20 kV. Jordmagnetiska fältet varierar, se Earth's_magnetic_field , men låt oss räkna med en horisontalkomponent på 10 mikrotesla. Vi får

r = mv/(Be) = m*sqrt(2Ve/m)/(Be) = sqrt(2Vm/e)/B

Med insatta värden blir radien

r = sqrt[2*20000*9.11 10^-31/(1.60 10^-19)]/(10 10^-6) = 47.7 m

På 50 cm (rimligt avstånd mellan elektronkanonen och skärmen i en TV) blir då avvikelsen pga magnetfältet 0.5/48 radianer eller

(0.5/48) * 0.5 = 0.0052 m = 5.2 mm

Avlänkningen är alltså betydande jämfört med storleken på de fluoriscerade punkterna. Det som gör att de flesta skärmar ändå fungerar när man roterar dem är att alla elektroner påverkas lika av det homogena jordmagnetiska fältet. Man får alltså bara en liten förskjutning av bilden i höjdled.

Jag kollade upp detta på min egen TV som står på ett roterande bord. Jag satte upp en bit maskeringstejp på en skarp linje på en testbild. När man roterar TVn så flyttas bilden ett par mm i höjdled (uppåt om man vrider TVn så att elektronstrålen först går N-S och sedan Ö-V, se fråga 12632 och bilden nedan men glöm inte att strömriktningen är omvänd eftersom elektronerna är negativt laddade). Med tanke på de grova uppskattningarna av TVns storlek och jordmagnetiska fältet, tycker jag att det är en hygglig överensstämmelse mellan teori och experiment.

Jag kan inte komma på någon annan apparat som påverkas av det jordmagnetiska fältet.

Se The Naked Scientists för fler intressanta vardagsfysiksexperiment.

Nyckelord: TV [9]; jordens magnetfält [22];

1 http://www.madsci.org/cgi-bin/cgiwrap/www/circR?/posts/archives/2005-06/1119132808.Ph.r.html
2 http://www.thenakedscientists.com/HTML/content/kitchenscience/exp/magnets-and-tvs/