Elektrostatik

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 3. Sep 2013, 05:39

Hallo Liste,

(1)
vor vielleicht schon 10 Jahren oder mehr sah ich mal im Laden einen Elektrostatik-Experimentierkasten imho von KOSMOS. Ich erinnere mich an eine große metallene Kugel, die aus zwei Halbkugeln zusammen gesetzt wurden. Kurz danach gab es den schon nicht mehr.

Heute hatte ich mal wieder im Internet danach gesucht und nur den "Elektro-Zauber" von B.Kainka, einen Kosmos-Baukasten für Kinder ab 8 Jahren aus der Reihe "Spaß am Entdecken" gefunden. Das ist aber nur ein schwaches Derivat von dem früheren, von dem mir bisher jede Spur fehlt. Auf ebay auch nichts.

Kann sich jemand an den früheren Elektrostatik-Experimentierkasten von KOSMOS (oder einem anderen Hersteller) erinnern?

(2)
Kennt jemand ein (auch antiquarisches) Buch, in dem für zuhause elektrostatische Versuche zum selber Bauen der Gerätschaften beschrieben werden?

Auf YouTube habe ich mir ja einiges bereits angesehen [und bin dabei wieder elektrotechnisch] versackt und habe durchgemacht. Es gibt auch schöne Sachen, die einfach zu teuer sind, wie z. B. eine Kathodenstrahlröhre, in der längs dem Elektronenstrahl ein Schirm aus Zinksulfid (???) aufgebracht ist und grünlich den vorbeistreichenden Strahl zeigt. Mit einem Magneten usw. lassen sich da eindrucksvolle Versuche machen. Aber ich wage gar nicht, bei Phywe nach zu schauen.

Der Versuch mit dem pendelnden Glückchen zwischen zwei Getränkedosen ist so etwas Einfaches, war mir gut gefüllt. Einen elektrostatischen Motor bekäme man vielleicht auch noch hin.

(3)
Was mir ebenfalls misslang, für Hochspannungsversuche Porzellanisolatoren mit Fußständer zu finden, wie ich sie im Physikunterricht vermute, wo oben dann Leiter, Elektroden oder sonst was befestigt werden kann. Selbstbau wäre auch möglich, lose auch kleine Isolatörchen könnte man ja zusammenkleben u. kaskadieren. Aber so aus einem Stück sind die mindestens 4 kg schwer und wendiger flexibel (aus Untwerken mit 20 kV). Da fehlt mir wohl auch der Begriff zum effektiven Suchen. Die zwei Händler, die Physiksachen aus DDR und weiter östlich als Surplus anbieten habe ich schon mehrfach durchsucht ... und nichts gefunden.

Ein geistiger Anschub hier würde mich weiter bringen, weil ich selbst nicht weiter komme.

(4)
Das ist jetzt etwas abgewichen vom Thema des Forumkapitels hier. Ich hoffe das stört nicht so sehr, sonst müsste ich massiv cross-posting machen, war auch nicht so toll wäre.

tia
Gruß
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon buedes » 3. Sep 2013, 07:50

Hallo Hans-Günter,

ich versuche verzweifelt in meinem Gedächtnis zu kramen, denn ich weiß genau, dass hier im Forum vor etwa einem halben Jahr ein Kasten vorgestellt wurde, der sich auch mit Elektrostatik befasste. Leider finde ich die Stelle nicht mehr.

Angeregt durch den damaligen Beitrag hatte ich nämlich mit Styroporkugeln aus Verpackungen das Experiment aufgebaut, bei dem 2 an Garnfäden aufgehängte leichte Kügelchen durch Ladungsbeaufschlagung mittels an Leder oder Wolle geriebenem Glasstab auseinander getrieben werden konnten.

Vielleicht erinnert sich ja einer der Kollegen hier noch an diesen Beitrag und kann uns dorthin führen.

Gruß, Horst
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon PeteS » 3. Sep 2013, 10:31

Hallo!

Horst, meinst du den hier: Meiser & Mertig Experimentierkasten ca. 1890?

hgd hat geschrieben:Was mir ebenfalls misslang, für Hochspannungsversuche Porzellanisolatoren mit Fußständer zu finden, ...

Heutzutage haben wir doch durch die moderne Kunststofftechnik ganz andere Möglichkeiten. So gibt es bei Opitec eine recht preiswerte und leicht zu bauende Bandgenerator-Werkpackung. Der scheint mir für einführende Elektrostatik-Versuche ganz gut geeignet zu sein. Demnächst will ich diesen Bausatz einmal auf die Philips Lochplatten adaptieren.

Sorry, jetzt passt dieser Thread wirklich kaum noch in den KOSMOS Bereich.

Gruß
Pete
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon buedes » 3. Sep 2013, 10:50

Danke Pete!

Genau diesen Beitrag meinte ich. Wegen meinem kurzen Gedächtnis in letzter Zeit, werde ich wohl künftig meine Aktivitäten besser aufschreiben müssen.

Durch jenen Beitrag wurde ich zu einigen Experimenten angeregt, welche ich aber abbrechen musste, weil die Luftfeuchtigkeit in meinem Keller-Labor damals so hoch war, dass ich keine gescheiten Ergebniss bekam.

Ein Bandgenerator steht auch noch auf meiner To-Do-Liste. :lol_1:

Gruß, Horst
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Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 3. Sep 2013, 17:09

Hallo Horst und Pete,

danke für Eure Anmerkungen, gehe gleich nach Optitec.

Zuvor hatte ich mich dumm und dämlich gesucht, mit verschiedensten Begriffen bei google, ebay und Phywe gesucht. Bei Phywe fand ich den Begriff "Isolierstütze". Auf google aber blieb ich immer auf der Mittelspannungsebene oder an den Weidezäunen hängen.

Phywe ist ja zu teuer, da lasse ich mich aber inspirieren. Vieles von den Experimenten ist ja mechanisch mit Haushaltstypischem zu machen.

Da werden sogar Plastikfilmdöschen zu Leydener Flaschen hochgerüstet. Und jemand berichtete, dass einer seine entsprechende Bauanleitung genutzt allerdings die Alufolie innen und außen mit einem feuergefährlichen Kleber geklebt hatte. Da ist ihm dann das Filmdöschen explodiert.

Ich sammle ja wie viele von uns Altglas. Die Marmeladengläser tragen seit gestern einen Sperrvermerk. Da kommt Alu-Folie rein, ohne Kleber oder eine selbstklebende Folie. Ausreichende Überlappung (was man so auf youTube sieht, da würde ich als Elektron bei wenigen kV auch über den Rand springen. In die Mitte des Glases kommt dann ein Holzgestell, das einen Draht aufrecht zentral hält und stark genug ist, dass dieser oben eine Kugel trägt. Aus dem Modelbau denke ich kommt an an solchen Kugeln, oder Gardinenstangenenden. Muss nur mal durch div. Kauf- und Einrichtungshäuser gehen. Und die Bauhäuser natürlich.

Das gestell in der zentralen Glasachse soll ja so stabil sein, dass man das oben berühren kann, ohne das sich dort etwas verschieb, oder gar die mit einigen zig kV gefüllte Flasche mit der Hand nimmt und dann damit andere Elektroden berührt, mit Kippund des ganzen. Das war so ein Video auf YouTube. Die ganze Nacht habe ich Hochspannung rum gemacht, dafür brauchte ich heute morgen nicht aufzustehen ;-) . Aber wenn ich mich mal in so eine Thema verbissen habe, dann gibt es nur eines: durch! Sich diese Zwischenzustände zu dokumentieren und später wieder damit anzufangen ist mir ein Greuel.

Kainka, der Autor des KOSMOS Elektro-Zauber hat auf seiner eigenen Site unten auf der Seite mit dem Elektro-Zauber die folgenden Zusatzversuche bzw. Bauvorschläge ...

Ionisierte Luft
Messung der elektrischen Ladung
Das Elektrometer im Glas
Kondensatoren bauen
Ladung auf dem Bildschirm


Seine Seite hört auf ...
... die URL ist fort, ich speichere ja massenhaft beim Finden die .htm lokal und dann fängt die URL immer mit "file" an. Aber im Ausdruck steht oben das Folgende ...
http://www.b-kainka.de/kosmos/ezauber.html

Unter ...
http://www.b-kainka.de/kosmos/Baukondensator.HTM
... stellt er gewickelte Folienkondensatoren her, legt nach derem Aufladen in die Überlappungszone eine Glimmlampe (wohl die aus dem Elektro-Zauber) hin, und diese schliesst die Platten des geladenen Folienkondensators kurz. Genau solche Bauanleitungen bzw. Anregungen bereiten mir große Freude. Da brauche ich keine Leydener Flasche einer Firma für :winkie: .

Vielleicht will sich jemand von Euch auch inspirieren lassen.

btw: so einen Marx-Generator zu bauen, wäre auch ein schönes projekt. Jetzt weiss ich, wass ich mir demnächst an Bauelementen zulegen werde ...

Noch eine Frage:

Bei mir ist ja ziemlich viel Elektronik (Radios, Funkgeräte, Funkuhren, IT) in der Wohnund und drumherum. Daher plane ich die HV-Versuche in einem Faradayischen Käfig durchzuführen. Der muss aber zunächst konstruiert werden.

War heute Morgen im Bauhaus und habe mir zwei Gitter- bzw. Lochbleche aus Alu mitgenommen, so als Anregung und Plagegeist gegens Vergessen gedacht. Die hoben dort mehrere große Rollen solcher Bleche ganz oben auf dem Regal. Daran wird es nicht scheitern.

Zunächst denke ich an 1 x 1 m^2 Grundfläche und ca. 1,50 m hoch, demontierbar damit ich die Seitenwände, Deckel und Boden "hinter den Schrank" stellen kann. Eine Tür mit Schnappverschluss, die von innen wie von außen zu öffnen ist (bitte nicht lachen). An einer Seite wird ein 30 x 30 cm^2 Durchbruch gelassen, vielleicht ein Scheibe mit Metallisierung. Mit Isolierstäben sollten dort dann fernbedient von außen versuche durchführbar sein, wo man auch sich selber gerne etwas entfernt hält. Die Spannung werden eh alle von außen über Schütz und FI-Schalter betätigt. Da sind auch die Vorwiderstände (z. Z. 5 x 200 W Glühlampen) untergebracht. Filterbox innen mit Durchführungsfiltern wegen der HF, die drinnen bleiben soll. Vielleicht ein Durchbruch zum Davorschrauben einer Digicam, damit ich auch mal auf YouTube komme ;-).

Das Thema bekommt bei mir den Code "Erste Gedanken zum Bau eines zerlegbaren Faraday-Käfigs". Wenn Ihr Euch am Brainstorming beteiligtet, wäre das ganz toll.

tia
Gruß
Hans-Günter

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Ein Lichtbogen zwängt sich durchs Loch

Ungelesener Beitragvon hgd » 27. Okt 2013, 23:55

15.10.2013

Die elektrostatische Wirkung einer Kerzenflamme (V)
Lichtbögen entlang von Folien, Durchschläge und Selbstbau-Kondensator


Hallo Liste,

Vorgeschichte

am 16.10.2013 hatte ich unter "Kerzendimmer mit Hochspannung" (Die elektrostatische Wirkung einer Kerzenflamme (IV)) über Versuche mit einem Teelicht ohne Blechnäpfchen berichtet. In der damaligen Einführung stand ...

>
... wird auch der Durchschlag durch dünne Kunststofffolien untersucht. Mein Ziel ist es nach wie vor, die dominante Komponente bei der Entladung eines (mit dem Teelicht mal leitend mal isoliert verbunden) auf 18 kV aufgeladenen Kugelkondensators zu finden.
<

Ich hatte die Kerze (das Teelicht) ohne ihr Blechnäpfchen auf den Boden einer umgestülpten Blechdose gestellt.

<
Die Blechdose ist über ein Kabel mit dem Elektrometer und dem Kugelkondensator von ca. 2,5 pF verbunden (genauere Beschreibung s. frühere Berichte).
<

Zwischen Blechdosenboden und dem Boden des Teelichts (Wachs und in der Mitte metallischer Dochthalter) war zunächst nichts Isolierendes eingefügt, später dann aber verschieden Plastikdöschen mit Öffnung mal nach oben und mal nach unten, um die Luftströmung entlang der Kerze und Kerzenflamme zu verändern.

Es war diese Konfiguration, welche den Gedanken hervorbrachte, den leitenden Dochthalter (und nur diesen) auf ein kleines Stück dünner Folie zu stellen und so zu isolieren. Ich wollte heraus finden, ob die Stromleitung durch die Kerze(nflamme) über den Dochthalter oder über den großflächigen Wachsboden des napflosen Teelichts erfolgte.

Über diese damals bereits erfolgten Versuche war noch nicht berichtet worden. Das wird nun nachgeholt. Und wieder einmal nimmt (nahm) eine Versuchsreihe eine ungeahnte Fortsetzung, denn Versuche zur Durchschlagsfestigkeit von Folien waren ja gerade nicht das heutige Ziel. So etwas sollte später einmal erfolgen.

Dünne Folien zwischen Kerze und +18 kV

Zwischen dem metallenen Dochhalter (kleines Blechdeckelchen) und Blechdosenboden lege ich kleines Stückchen dünner Folie (Dicke 1/10 mm). Die Blechdose wird auf +18 kV aufgeladen. Das Teelicht ist entzündet.

Es brozzelt unter dem Teelicht, die Spannung am Elektrometer sinkt sofort auf 8 kV, um danach viel langsamer weiter zurück zu gehen. Die Folie hält einer Spannung von ca. 8 kV offenbar stand, oberhalb von ca. 8 kV erfolgt mit sofortiger Durchschlag mit teilweiser Entladung des Aufbaus. Selbstheileffekt?? Interessant.

Die Blechdose wird erneut auf +18 kV aufgeladen und die Verbindung zum Netzteil aufgehoben. Das Brozzeln zeugt von Enladungen, die Spannung geht zurück, die Durchschläge werden seltener und bleiben schließlich aus. Das Elektrometer zeigt jetzt ca. 6,5 kV an.

Ist das dünne Folienstückchen einer Spannung oberhalb von 6,5 kV nicht gewachsen? Oder kommt es zu einer Entladung längs der Folienoberfläche? Das ist wieder eine interessante, neue Frag. Nur leider kann ich nicht durch den Boden der Blechdose oder durchs Wachs des Teelichts schauen, wo die Über- bzw. Durchschläge stattfinden.

Das Teelicht als Rückleitung mit Schalter

Der Versuchsaufbau ist ja schon etwas seltsam. Nicht das Teelicht wird geladen, sondern die Blechdose unter ihm. Das Teelicht wirkt dabei wie ein Schalter, welcher die geladene Blechdose mit der "geerdeten", auf Minus liegenden Umgebung über seine Flamme verbindet, und so die Blechdose entlädt.

Auf die Idee, bei Folien-Durchschlagversuchen als Rückleiter zum Minuspol des 18-kV-Netzteils nicht ein Kabel, sondern eine Kerze zu verwenden, wäre ich von alleine nie gekommen.

Brennt das Teelicht, ist dieser Rückweg frei (als Schalter formuliert: "geschlossen", ON). Brennt es nicht, ist dieser Rückweg blockiert (als Schalter formuliert: geöffnet (OFF)).

Flächendeckenden Folienstück

Die Frage, welchen Weg die Entladung unter dem Boden des Teelichts nimmt, kann also nicht beantwortet werden. Vielleicht aber so, dass statt des kleinen Folienstückchens durch ein solches, welches den gesamten Boden der Blechdose abdeckt.

Wieder bruzzelt es. die Folie scheint unversehrt, bis auf einen ca. 1 mm großen nicht exakt kreisförmigen Fleck. Unter der Lupe weist sein Umfang zwei Zacken auf, fühlt sich hart an und lässt sich fortwischen, das ist also eine oberflächliche Verschmutzung.

Die Wiederholung mit einem neuen Folienstück bringt keine Änderung: Brozzeln und phasensynchrones Zucken der Flamme bei jedem Überschlag / Durchschlag (genauer im vorletzten Bericht beschrieben) sind wie gehabt.

Die beiden Kugelkondensatoren, einer am 18-kV-Ausgang des Netzteils und der andere mit Blechdose und Elektrometer verbunden, werden durch eine Metallkugel am isolierten Griff verbunden. Damit liegen die +18 kV an der Blechdose an, laden diese auf. Ich kann diese Metallkugel so halten, dass zunächst ein Überschlag zwischen beiden Kugelkondensatoren erfolgt und kurz danach ein Bruzzel-Impuls unter dem Boden des Teelichts statt findet.

Ich blase die Flamme aus: sofort hört das Brozzeln auf, und der Zeiger des Elektrometers verharrt auf seiner aktuellen Stellung. Also wirklich: die Kerzenflamme als EIN-AUS-Schalter auf dem Weg ins "Minus-Universum". Faszinierend!

In oder auf der Folie zeigt sich jetzt kein schwarzer Fleck, das war also wirklich eine Verschmutzung gewesen eben.

Stattdessen sehe ich aber mehrere winzige Löcher in der Folie, die sich überwiegend an zwei Stellen häufen.

Wiederholung mit einem weiteren Folienstück, dass vor dem "Einbau" peinlich genau auf Beschädigung (Löcher) und Verschmutzungen geprüft wird. Die Entsorgung der benutzten Folienstückchen findet auf dem Fussboden statt, eine Art unendlich verteilten Papierkorbs. Seit dem viele Styroporkügelchen und -bröckchen dort herum liegen, dort herum liefen und fliegen, hat sich meine diesbezügliche Empfindlichkeit stark abgeschwächt, so eine Art von "broken window effect".

Es brozzelt im nächsten Versuch nicht nur als Folge permanenter Überschläge, es sirrt auch deutlich, als ob Kurnststoff verschmort (sich thermisch zersetzt, vor sich hin kokelt). Also Ausblasen, Entladen und Folie unter der Lupe genau ansehen.

Winzige Löcher und größere Krater, sind die echt?

Die Folie zeigt zwei winzige Löcher, daneben aber auch einen oder zwei größere Krater, wo also die meisten Funken / Lichtbögen durchgegangen sind. Also keine Überschläge entlang der Oberfläche, sondern "echte" Durchschläge.

Das müsste ich mit den Fingerkuppen spüren können: ich wische hinüber und nichts gefühlt. Jetzt sehe ich unter der Lupe auch nichts mehr, die Folie ist offensichtlich unbeschädigt, die Löcher bestehen aus Wachs, das beim Darüberwischen verschmiert. Also ist die Durchschlag-Überschlag-Frage wieder offen.

Vermutlich aber entstehen Lichtbögen / Funken, in denen das Wachs vom Teelichtboden verdampft und am Ende des Lichtbogens (sei es der Boden der Blechdose oder der Boden des metallenen Dochhalters) kondensiert und ablagert.

Das ist ja wieder richtig spannend. Wirklich schade, dass ich da während der Überschläge nicht hinschauen kann.

Ein besonders großes Stück Folie - doch echte Löcher

Jetzt müssen aber Entladungen um die Folien herum, auf deren Oberfläche, endlich mal wirklich ausgeschlossen werden. Mit Messung der Entladezeitung als Funktion der Foliengröße liesse sich vielleicht etwas auswerten. Aber lngsam werde ich ungeduldig und nehme für den nächsten Versuch ein besonders großes Stück Folie. Nach erneutem Brozzeln stelle ich fest, dass die "Löcher" bis zu 30 mm auseinander liegen, als ob sie nicht (alle) vom Dochhalter ausgingen, sondern die "Durchschläge" über die gesamte Fläche des Teelichtbodens verteilt sind.

Zwar verschmiert wieder Wachs von den Stellen der "Löcher", aber unter der Mineralogenlupe werden winzige (twl. längliche) Krater und auf der Gegenseite der Folie Ausstülpungen erkennbar. Vermute das thermische Effekte dies bewirkten. Also gibt es doch Löcher. Und die sprechen mehr für Durchschläge durch die dünne Folie hindurch, als für überflächennahe Entladungen um die Stirnflächen der Folie herum.

Aber gänzlich klar ist das immer noch nicht. Es könnte ja beides stattfinden: oberflächennahe Entladung und danach (oder vorher) Durchschlag als Teile (Wegabschnitte) eines einzigen langen Lichtbogens.

Pakete aus mehreren Folienlagen

Ich packe zwei Lagen Folie über die Oberfläche des Bodens der Blechdose. Die Dicke der Folie (auch die hierüber, weil dieselbe) beträgt 0,025 mm. Gemessen hatte ich das am 2fach-Stapel zu 0,05 mm.

Ab ~8 kV setzt Brozzeln ein, ergänzt bei 18 kV durch leises Sirren unter dem Teelichtboden. Auf der Folie sehe ich zwei "Krater".

Zur Erhöhung der Dicke falte ich einen Folienstreifen zum 4fach-Stapel. Zusammen ergeben sie eine Dicke von 0,10 mm. Es brozzelt und sirrt, als würde jetzt etwas verschmoren bzw. verbrennen. Einzelne Durchschläge haben abgenommen und dominieren nicht mehr das Geschehen.

Es lassen sich wieder weit auseinander liegende Durchschläge feststellen. Ein Durchschlag zeigt auf den 4 Folien unterschiedliche Querschnitte: auf der einen Seite des Folienstapels sind die Löcher rund, zur anderen Seite des Stapels hin werden sie zunehmend länglich(er).

Der 6fach-Stapel weist rechnerisch eine Dicke von 0,15 mm auf, mit der Schieblehre messe ich allerdings 0,20 mm. Brozzeln ist nur noch sehr leise und nur gelegentlich noch zu hören.

Nun kommt eine andere Folie, die Bauhaus-Folie aus der Schraubenabteilung der Eisenwaren zum Test. Sie fühlt sich steifer an.

* näherungsweise die Kapazität dieser "kreisrunden Plattenkondensatoren" mit Dielektrikum berechnen und mit der Kapazität der Kugelkondensatoren vergleichen.

Als 2fach-Stapel brozzelt sie leise vor sich hin, nur im 1/2-Sekunden-Takt findet ein "richtiger" Durchschlag statt. Nur wenige Durchschlag-Spuren.

Ein daraus gefalteter 8fach-Stapel besitzt eine Dicke von 0,35 mm. Das Brozzeln findet nur gelegentlich statt, In den Folien sind jetzt keinerlei Durchschlagspuren zu entdecken.

Der Versuchsaufbau ist ähnlich wie derjenige der VCR-Prüfung am Tag der Offenen Tür in den Hochspannungslaboren der TUD in Darmstadt: Eine Kondensatorbank entlädt sich über eine definierte Kugel-Funkenstrecke (so wird die Prüfspannung festgelegt). Nach dem Durchschlag dieser Strecke liegt diese definierte Spannung am Prüfling an. Der Prüfling soll die gesamte Leistung der Kondensatorbank "verdauen" (in Wärme verwandeln) und danach sofort seine Sperrfähigkeit wieder erlangen und die Betriebsspannung halten. Ob und wie gut er das schafft, wird gemessen. Bei mir ist die Spannung etwas geringer als die 60 kV der TUD. Und es knallt bei weitem nicht so stark wie dort. Jeder Besucher bekam einen Gehörschutz und musste in mit verschlossenen Augen zur Wand sehen. Das war schon ziemlich heftig. Soweit bin ich noch nicht :-)

Leitfähigkeit im Wachs und Schlagweiten beim Teelicht mit 18 kV

In einer Pause untersuche ich die Leitfähigkeit von Wachs im Teelicht. Hierzu setze ich die Spitzenelektrode aufs feste Wachs: Ein Lichtbogen verläuft entlang der Oberfläche >10 mm weit, viel weiter als zwischen zwei Spitzen in der Luft.

Über flüssigem Wachs hinweg ist die Schlagweite nochmals deutlich größer.

Periodische Entladungen als kleine Knalle deutlich zu hören, erfolgen vom Pluspol des Netzteils in die kalte Dochtspitze hinein, über eine Entfernung von bis zu 40 mm weit! Nur an der Anodenspitze zeigt sich eine Lichterscheinung).

Nun steht das napflose Teelicht auf der Cu-kaschierten Platine. Die ist an Minus 18 kV angeschlossen. Koronaentladung in den kalten Docht hinein, erfolgt von der Anodenspitze aus bis über 13 cm hinweg! Auf diese Entfernung ist nichts mehr sichtbar, nur ein äusserst leises Sirren ist bei absoluter Ruhe am Platz hörbar, wenn die Achse der Spitzenelektrode genau auf den Teelichtdocht zeigt.

Setze die Kathodenspitze ins feste Wachs. Auf kürzere Entfernung erfolgt ein Überschlag von der Anodenspitze ins kalte Wachs des Teelichts. Interessant: diesmal nicht enlang der Oberfläche sondern durchs Volumen hindurch.

Kathode ins feste Wachs und Anode an den Docht gehalten: helle und laute Überschläge. Über flüssiges Wachs hinweg wird eine Schlagweite von bis zu 20 mm erreicht. Die Lichtbögen laufen innen aber immer um den Docht herum. Es ergeben sich keine zwei Lichtbögen in Serie (mit dem Docht in ihrer Mitte).

* Versuche auf Blechdose ohne Näpfchen, ohne Dochthalter aber mit Docht mit Folien wiederholen.

Folie auf Cu-Platine

Eine Folie wird auf eine Cu-kaschierten Platine gelegt, die am Minuspol des 18-kV-Netzteils angeschlossen ist. Ich führe die Anodenspitze über die Folie hinweg: Koronaentladung. Wo sich Löcher in der Folie befinden, die beim Durchstechen der Folie mit der Spitzenelekttrode auch aktuell erzeugt werden können, bleibt der Lichtbogen dort mit seiner entsprechenden Seite hängen, auch wenn die Anodenspitze weiter bewegt wird. Bei 18 kV springt der Lichtbogen in einem Umkreis von mehr als 10 mm Radius immer wieder zum Loch und durch dieses hindurch. Ein interessanter und sehr effektvoller Versuch. So hatte ich das noch nie gesehen.

Die maximale Schlagweite von der Anodenspitze über der Platine geführt bis zu derem Rand erreicht 20 mm. Aber der Lichtbogen verläuft immer nur entlang der Oberfläche der Folie (falls er innerhalb von 10 mm Entfernung kein Loch in der Folie findet).

Bei Annäherung der Anodenspitze an die Folie, legt sich diese fest und flach an die Platine an, "klebt" fest und ist beim Abziehen geladen (Polasisation). Dies dürfte der Effekt sein, dass Dielektrika in den Zwischenraum eines geladenen Kondensators hinein gezogen werden.

Selbstbau eines Plattenkondensators

Zwei Cu-kaschierte Platinen überlappe ich so, dass für den Anschluss mittels Krokodilklemmen genügend Platz zur Verfügung steht, um das Feld zwischen den parallelen Platten nicht zu beeinflussen.

Diese "Anschlussfahnen" werden mit dem 18-kV-Netzteil verbunden. Auf die nach oben zeigende "Anschlussfahne" der unteren Platine, angeschlossen an den Minuspol, häufe ich einige Styroporkügelchen an. Sie werden bei Erhöhung der Spannung mäßig stark zwischen die Platten ins Innere des Kondensators hinein gezogen.

Koronaentladung ist hörbar, das Elektrometer steht trotz eingestellen 18 kV niedrig (es findet eine permanente Entladung statt, welche die Spannungsquelle belastet.

Ich wiederhole den Versuch mit zwei Styroporkügelchen. Kaum sind 5 kV erreicht, springen sie in den Zwischenraum hinein. Diese Konfiguration ist eine brauchbare Demonstration dafür, dass Dielektrika in das elektrische Feld zwischen den Platten eines Kondensators hinein gezogen werden.

Etwas höher setzt wieder die Koronaentladung mit einem zirpenden Geräusch ein. Dieses Geräusch gestattet, als Orte der Koronaentladung die Oberfläche der weißen Kunststoffschrauben (welche die beiden Platten verbinden und auf Abstand halten) zu identifizieren. Vielleicht ist das dann auch keine Koronaentladung i. e. S. mehr.

Ob das bei größerem Plattenabstand, bei längeren Schrauben anders würde. Imo muss die Konstruktion grundsätzlich überdacht werden.

Mit dem Lineal aus Kunststoff kann ich Überschläge zwischen der Ecke der oben liegenden Anodenplatte und dem Rand der unten liegenden Kathodenplatte anstoßen. Mit dem Lineal versuche ich auch, eines der beiden Styroporkügelchen "auf die Sprünge zu helfen": es verlässt seine Platte und springt an die Gegenplatte, wo es mit einem deutlichen "patsch" aufschlägt. Ob dieses Geräusch elektrischer oder mechanischer Natur ist, kann ich nicht entscheiden.

Zusammenfassung

Mit dünnen Folien lassen sich viele, vielseituge und teils auch effektvolle Versuche zum Thema "Durch- und Überschläge" durchführen. Der Nachweis von Löchern in Folien, die Leitfähigkeit von Teelichtern bei hoher Spannung mit und ohne Flamme, Effekte in einem selbstgebauten Plattenkondensator sind sehr vielfältig. Nicht nur Geometrien und Werkstoffkonstanten, auch das Ausprobieren aller möglichen Kombinationen bieten interessantes Experimentieren über mehrere Stunden hinweg. Die Vielfalt erfordert eine Dokumentation, um optimale Konfigurationen nicht zu vergessen, sondern sich auch später noch an ihnen erfreuen zu könne.

Aufgaben

* näherungsweise die Kapazität dieser "kreisrunden Plattenkondensatoren" mit Dielektrikum berechnen und mit der Kapazität der Kugelkondensatoren vergleichen.
* Versuche auf Blechdose ohne Näpfchen, ohne Dochthalter aber mit Docht mit Folien wiederholen.

Ich wünsche viel Freude bei eigenen elektrostatischen Versuchen.

Gruß
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon JuergenK » 28. Okt 2013, 13:47

hgd hat geschrieben:Kann sich jemand an den früheren Elektrostatik-Experimentierkasten von KOSMOS (oder einem anderen Hersteller) erinnern?


Es wird wohl dieser - nicht mehr von KOSMOS angebotene - Kasten aus den 90er Jahren sein: PHYSICS - Electrostatics

Bild

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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 30. Okt 2013, 01:00

Hallo Jürgen,

vielen Dank, dass Du das ausgegraben hast. Jetzt bin ich wenigstens beruhigt, was meine Erinnerung betrifft :yes: .

Gruss
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon FrankR » 1. Nov 2013, 18:36

Gerade wird der von Jürgen zitierte Kosmos-Experimentierkasten bei eBay ab 49,99 EUR angeboten (eBay Suchbegriffe: Kosmos Physics Electrostatics).

Lese ich allerdings die auf der Verpackung angegeben Beispielexperimente, so frage ich mich, ob ich bereit bin (außer aus Sammlergründen), so viel Geld für den Kasten von 1995 auszugeben.

Weiß jemand genaueres über die ausführbaren Experimente bzw. den Inhalt.

Frank
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon ChrisH » 2. Nov 2013, 10:12

Hallo Frank,

der Kasten ist zwar selten (kann ich als langjähriger Bucht-Beobachter bestätigen) ABER 50 € für einen gebrauchten Kasten
von Privat? Nein danke! Würde ich nicht mal für neu und versiegelt bezahlen (da wäre er zu schade zum experiemntieren ;-)).

Ich schau mal in meinen Katalogen, ob ich etwas an Beschreibung finden kann.

Grüße, Christian
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 12. Nov 2013, 19:03

Hallo Christian, hallo Liste,

>
Ich schau mal in meinen Katalogen, ob ich etwas an Beschreibung finden kann.
<

Das Bild vom ebay-Angebot lässt sich in der großen Version lesen.

Gruß
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Styroporkügelchen und Eisenfeilspäne

Ungelesener Beitragvon hgd » 12. Nov 2013, 19:14

Styroporkügelchen und Eisenfeilspäne
11.10.2013 (?)

Hallo Liste,

Vorbemerkung

Dies ist die Fortsetzung eines Postings, das am 21.10.13 mit dem subj: "Entladung zwischen Spitze und Platte und an Oberflächen" erfolgte.

Styroporkügelchen auf "leitender" Platte vor einer gegenpoligen Spitze

Die Styroporkügelchen nehmen, auf einer Cu-kaschierten Platine liegend, vor der positiven Spitze (+18 kV) bei deren Annäherung Reissaus.

Styroporkügelchen im "Aquarium"

Ich stelle eine transparente Küvette (aus Plexiglas, genannt "das Aquarium", gefüllt mit Styroporkügelchen) mit der Öffnung zur Seite und halte die +18-kV-Spitze hinein. Das Innere als Resonanzraum verstärkt ein deutlich hörbares Sirren. Es gelingt durch Verfahren der Spitzenelektrode an der Innenwand der Küvette, sehr lange und sehr energetische Überschlage zu bewirken, die über den Rand der Küvette nach Masse der Platine schlagen.

[Ich hatte bei Niederschrift der Notiz bereits die Erhöhung der Kapazität der Anordnung durch die Wand aus Plexiglas als Dielektrikum vermutet. In meinen bereits geposteten, aber späteren Versuchen, wurde das vertieft.]

Als ich die Styroporkügelchen teilweise aus der Küvette heraus schütte, bleiben viele an den Plexiglaswänden "kleben". Andere rollen auf die Platine und fliegen sofort im hohen Bogen (10 cm) auf den isolierenden Experimentiertisch.

Die Styroporkügelchen auf Tisch und Platine laufen und springen vor der auf +18 kV geladenen Spitzenelektrode davon.

Steche ich die positive Spitzenelektroden in eine Flocke, ergeben sich lange, helle und laute Überschläge über die Oberfläche hinweg.

Das Einsammeln der Styroporkügelchen wird schwierig: sie springen von den Fingern auf die Innenseite der Küvette, offenbar sind die Innenseiten der Küvette elektrisch geladen.

Dann lasse ich Funken von der zurückliegenden Cu-Fläche der Platine über die Kanten der Küvette haarnadelförmig "zurück" in die Küvette springen. Die so zurückgelegten Wege sind über 10 mm lang. Entlang von Dielektrika springt es sich wirklich sehr gut.

Mit dem U-förmigen Entladungsbügel führe ich die +18 kV ins Innere der Küvette hin zu einzelnen Styroporkügelchen. Viele von ihnen bleiben jetzt in Trauben am Entladungsbügel "kleben".

Zusammenfassung:

Polarisierung an der Oberfläche von Dielektrika vergrößern die Schlagweite und führen zu Funken bzw. Lichtbögen entlang der Oberfläche der Dielektrika. Offenbar vergrößert sich hierbei die Energie der Entladungen.

Eisenfeilspäne auf "leitender" Platte vor einer gegenpoligen Spitze

Auf die Cu-Seite einer Cu-kaschierten Platine werden jetzt anstelle von isolierenden Styroporkügelchen leitende Eisenfeilspäne gestreut. Die Cu-Seite ist durch Lötlack isoliert, diese Schichte dürfte aber bei 18 kV durchschlagen werden.

Die befürchtete "Schweinerei" durch zerstäubende Eisenfeilspäne bleibt aus. Von der Spitzenelektrode schlagen bei Annäherung Funken (Lichtbögen) in das Häufchen der Späne ein, ohne das noch nicht gesehene Effekte auftreten. Es scheint sich nichts Besonders zu ergeben, die Eisenfeilspäne scheinen an der Stelle zu bleiben, wo sie hingestreut wurden.

Beim Streifen mit der Hand über den Tisch spüre ich später dann doch einige Partikel, und nur die Eisenfeilspäne kommen dafür infrage. Vielleicht könnten diese Eisenspäne bei höherer Spannung noch Bedeutung erlangen, die bei 18 kV nicht gegeben ist.

Aufgaben

* die Eisenfeilspäne auf ein umgedrehtes Blechdöschen streuen und dieses dann aufladen. Ist jetzt mehr als auf den Cu-kaschierten (mit Lötlack isolierten) Platinen zu beobachten?

Gruss
Hans-Günter
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Faraday-Becher und Ladungslöffel

Ungelesener Beitragvon hgd » 12. Nov 2013, 20:02

Faraday-Becher und Ladungslöffel
Hochspannungsversuche (XIV)
Faraday-Becher (1)

Hallo Liste,

07.10.2013 (?)

Vorbemerkung

Auch diesem Posting liegt ein (sogar digital noch) nicht erfasstes Doku zugrunde, ein handschriftlicher Zettel. Ich hatte damals einiges "Elektrostatisches" ersteigert, von dem ich teilweise noch nicht wusste, was das war, und welche Art von Versuchen man (nur) damit durchführen konnte. Dazu zählen ein Paar ca. 30 cm hoher schwerer weißer Porzellan-Isolatoren, ein Faraday-Becher und ein Elektrometer. Auch dieses Doku ist einerseits für mich "historisch" interessant, andererseits enthält es einen theoretisch wichtigen Versuch, der bereits bei seiner ersten Durchführung gelang. Auch hatte ich am 07.10.2013 noch nicht den Entschluss gefasst, über meine Versuche zu posten (vielleicht ein Argument, bereits zu Beginn "gross zu denken".

Inzwischen las ich, dass das spezielle Elektrometer vollständiger "Braunsches Elektrometer" bzw. "Braunsches Elektroskop" genannt wird. Der Faraday-Becher blieb zunächst rätselhaft und erst der Blick in ein aktuelles Physikbuch enthüllte den Zweck von Versuchen mit diesem extrem einfachen Bauteil. Klar war mir nur, was ich mit den Porzellan-Isolatoren anfangen wollte: sie sollen einen Hörnerblitzableiter tragen, zunächst mit 4 kV der Hochspannungswicklung eines PHYWE Experimentier-Transformators, dann die 6 kV eines "Neontransformators" (Streufeldtransformator) und schließlich eines 10-kV-Transformators mit 2 kVA Leistung. Keinen dieser gefährlicheren Versuche habe ich inzwischen durchgeführt. Aufgrund höherer Spannungen und Leistungen halte ich einen fliegenden Aufbau auf einem Campingtisch keinesfalls für angemessen. Da muss ich mehr tun, vielleicht auch den Fußboden mit Alu-Folie auslegen.

Faraday-Becher - zunächst eine herbe Enttäuschung

Auf Wikipedia lässt sich ein ziemlich "schwieriger" Text finden, der mich auch enttäuschte, da mein Faraday-Becher äußerst primitiv gemessen an der Abbildung im W.-Aufsatz erschien. Damit flog er erst einmal in die Ecke. Dann aber kam das Physikbuch. Und mit diesem war ich dann Feuer und Flamme und hatte keine Ruhe, bis der erste Versuch aufgebaut war. Und das funktionierte auch noch. Daher zählt dieser Versuch auch Monate nach dem Beginn meiner Versuche zu den besten Versuchen.

Faraday-Becher - eine Suppentasse mit Numerus Clausus (NC)

Auf Englisch heisst das Teil "Faraday cup". Und wie in der Gastronomie löffelt man mit einem Löffel dort Ladungen hinein und wieder heraus. In der Elektrostatik ist der Löffel aber meistens eine leitfähige Kugel am isolierten Stiel. Und damit ist der Ladungslöffel auch ein Kondensator, eben ein Kugelkondensator.

Bei der Berührung eines geladenen Körpers fliesst (bzw. spring) Ladung vom geladenen Körper auf den "Löffel", der dadurch zum Ladungsträger wird. Berührt man damit einen anderen Körper, dann wird ein Teil der Ladung vom Löffel auf diesen anderen Körper abgeben. Dessen Ladung nimmt zu, und damit auch seine Spannung.

Als "anderer Körper" eignet sich der Faraday-Becher ganz besonders. Pendel ich mit meinem kugeligen "Löffel" zwischen dem +18-kV-Anschluss vom Netzteil und dem zunächst ungeladenen Faraday-Becher hin und her, gelangt Ladung vom Netzteil portionsweise zum Faraday-Becher. Dieser wird aufgeladen. Seine Spannung steigt. Das sollte man mit einem Elektroskop oder Elektrometer verfolgen, sonst merkt man das nur, wenn man sich unvorsichtig hantierend "einen einfängt".

Das Ende dieser Aufladung ist erreicht, das Fassungsvermögen des Faraday-Becher errreicht, wenn seine Spannung die 18 kV erreicht hat, die am Ausgang des 18-kV-Netzteils zur Verfügung stehen. Das erscheint logisch. Und das stellt sich im Versuch auch heraus. Aber es gibt eine etwas andere Variante, die ich hier zunächst für mich behalte.

Erforderliches Vorwissen

An dieses möchte ich kurz erinnern: gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an. Innerhalb eines geschlossenen metallischen Körpers (Blech, Gitter, Netz) ist nichts von den Ladungen außerhalb zu spüren (Faradayscher Käfig).

Faraday-Becher - Seiteneinstieg ohne NC

Der Faraday-Becher führt nun ein Doppelleben, so etwas wie Dr. Jekyll und Mr. Hyde ... Außen ist er eine Art Kugelkondensator, nun ja, ein Zylinderkondensator. Oben aber hat er ein großes "Loch", eine breite Öffnung, die ins Innere führt, Das sieht schon eher wie ein Faradayscher Käfig aus. Dort innen ist ein feldfreier, zumindest ein feldarmer Raum.

Berührt man man seine Außenseite, sieht der "Ladungslöffel" einen Zylinderkondensator, der bei weiterem Löffeln immer mehr aufgeladen wird. Wenn die Spannungen "gleich" groß sind, dann will keine Ladung vom Löffel mehr auf die Außenseite springen. Hier wie dort (Netzteil) herrschen 18 kV. Gleiches stösst sich ab, keine Spannungsdifferenz, kein Strom, alles bleibt wie es jetzt ist.

Wenn man aber (und das ist der Sinn vom Faraday-Becher und das lernte ich im Lehrbuch der Experimentalphysik) den "Ladungslöffel" von oben vorsichtig und ohne Berührung der inneren Wände einführt und tiefer geht, dass spüren die Ladungen keine anderen Ladungen, weil diese ja alle außen, auf der äußeren Fläche sitzen. Und folglich gibt es für sie keinen Grund, beim jetztigen Berühren der Innenseite nicht dem Gedränge des "Ladungslöffels" zu entkommen und auf die Innenseite vom Faraday-Becher überzugehen. Und kurz danach, finden sie sich auf der Außenseite vom Becher wieder, dieser besteht aus Metall, das sehr gut leitet.

Und das funktioniert auch, und das ist die geniale Idee von Faraday, wenn bereits der Faraday-Becher auf 18 kV aufgeladen ist. Wer also als Ladung den Innenraum betritt, hat alleine durch diesen anderen Zugang die absolute Gewähr dafür, den außen bestehenden "Numerus Clausus" zu umgehen.

Faraday-Becher - der Versuch

Meine Schaltung sah wie folgt aus: vom 18-kV-Ausgang des Netzteils ging es auf einen Kugelkondensator. Der Faraday-Becher stand bestens isoliert auf dem 30-cm-hohen Porzellanisolator. Auf dem zweiten Isolator hatte ich genauso gut isoliert das Elektrometer aufgebaut. Mit einem Kabel waren Becher und Elektrometer erbunden.

Zunächst war der Faraday-Becher direkt mit den 18 kV des Netzteils verbunden. Diese Verbindung wurde unterbrochen. Der Zeiger vom Elektrometer stand auf dem fünften Strich der Skala, zeigte also ca. 18 kV an. Nun konnte nur noch dem kugeligen "Ladungslöffel" Ladung transportiert werden. Und damit wurde es spannend.

Immer wieder berührte ich mit dem Löffel den Kugelkondensator mit den 18 kV, führte den kugeligen Löffel ins Innere vom Faraday-Becher und berührte mit ihm erst dort die Innenwand.

Lange Zeit tat sich nichts. Dann ging durch den Zeiger des Elektrometers ein Ruck, er verliess die 18-kV-Marke und stieg immer höher, erreichte schließlich den sechsten Strich und damit eine Spannung, die um mehrere kV oberhalb der maximalen und eingestellten Spannung des Netzteils lag.

Er war also "voll umfänglich" gelungen, der Versuch. Und ich freute mich darüber. Und jetzt war ich vor allem auch froh, den Faraday-Becher zuvor gekauft zu haben. Damals nur aufgrund seines "elektrischen" Namens.

Faraday-Becher - eine Suppentasse, die schließlich doch überläuft

Wie hoch kann die Spannung eigentlich steigen? Wieviel Ladung passte bei Umgehung des NC eigentlich auf den Faraday-Becher drauf?

Imho dürfte die Spannung irgendwann so hoch sein, dass an den kleinen Radien des Bechers Koronanentladung auftrit. Dann wäre das "Ende der Fahnenstange" erreicht. Messen könnte ich das nicht.

Wie könnte ein Versuch aussehen, bei dem sich ein konstruktiv modizizierter Faraday-Becher sehr viel höher aufladen liess (Kugel mit Loch)? Koronaentladung müsste vermieden werden. Ein kugeliger Faraday-Becher sollte als die eine Elektrode einer Kugelfunkenstrecke dienen, deren Gegenelektrode am Minus-Pol (Erde) des 18-kV-Generators läge. Über die Schlagweite (Abstand) beider Kugeln ließe sich eine maximale Spannung aus Tabellen entnehmen, bei deren Überschreiten es zu einem deutlichen Überschlag käme. Damit es knallt ist eine größere Kapazität wünschenswert. Aber dann dauerte das Aufladen sehr lange. Das müsste eine "Maschine" übernehmen, vielleicht ein Rad mit mereren Speichen und Kugeln an den Speichenenden, die zwischen Netzteil und Becher hin und her geht. Ich habe das Gefühl, dass dabei so etwas wie eine Influenzmaschine entstehen würde.

Und zum Schluss

Das wäre dann wieder eine Bastelanregung für eine Bastelei mit höherem Aufwand, von der (zumindest jetzt) nicht klar ist, ob der Versuch erfolgreich sein würde.

Aber selbst dem, der sich damit nicht befassen möchte, möchte ich diesen Versuch, wie von mir durchgeführt, ans Herz legen (aber nicht mit mehr als 30 mA). Man braucht auch nicht zu warten, bis erneut ein Faraday-Becher irgendwo angeboten wird. Denn aus einer einfachen Konservendose lässt sich ein Faraday-Becher bauen: zuerst den originären Inhalt (vielleicht Aprikosen oder Heidelbeeren) dem eigenen Metabolismus zuführen und dann wieder (jetzt allerdings mit Ladungen) füllen.

Gruß
Hans-Günter
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Allerlei Entladungen bei hohem und niedrigem Druck

Ungelesener Beitragvon hgd » 12. Nov 2013, 20:54

Kerzenflamme, Bienenkorblampe, Xe- und Ne-Glimmlampen
Hochspannungsversuche (XV)

Elektrostatik (3)

07.10.2013 (?)

Hallo Liste,

Stichwörter

Hochspannung, Hochspannungsversuche, Versuche, Elektrostatik, Kugelkondensator, Styropor, Folie, Überschläge, Lichtbogen, Spannungsfestigkeit, Styroporflocke, Blasebalg, Funken, Leistungsschalter, Kurzschluss, Kurzschlüsse, Anode, Kathode, Koronaentladung, Spitzenentladung, Teelicht, Kerze, Kerzenflamme, Bienenkorblampe, Glimmlicht, Glimmlampe, "positive Säule", Glühbirne, Ne, Xe, Neon, Xenon, Spektrallampe, Spektren, Kippfschwingung, Kippschwingungen

Vorbemerkung

Auch diesem Posting liegt ein nicht erfasstes Doku zugrunde, bestehend aus mehreren Seiten Kritzeltext, den ich erst mal entziffern muss. Sein Inhalt ist wiederum "historisch", soll aber auch suchbar erfasst werden und könnte dem Leser ein paar Details zu konkreten Versuchen liefern, so denn er dafür empfänglich ist. Mein Hintergedanke für dieses Posting ist, die Freude am eigenen Experimentieren zu wecken, nicht ein "Knopfdruck-Experiment aus der Tüte" zu kaufen, das alsbald nach diesem "Touch" in die Wertstofftonne fliegt, sondern etwas zu bauen und zu tun, dass ihm volle Kreativität mit eigenem Tun und eigener Schaffensfreude ermöglicht.

Wer dies nicht mag, möge bitte das Posting überspringen. Ich nähme dies auch nicht übel.

Styropor zwischen Kugelkondensatoren (Kapitel 1)

Auf den Kugelkondensator aufgelegte Styroporflocken heben ab und fliegen in einem großen Bogen davon.

[sie folgen den elektrischen Feldlinien, die radial von Kugeln, senkrecht auf deren Oberfläche stehend, aus gehen.]

Beim Berühren des Gehäuses ... (Kapitel 2)

... vom 18-kV-Netzteil mit dem Finger bekomme ich zwar keinen gewischt, aber ich höre kurzen Folge von Überschlägen. Ich sollte das Gehäuse erden.

[eigentlich hätte ja das Stahlblechgehäuse des Netzteils geerdet sein sollen, so hatte ich es erwartet, als ich später nachmesse, ist dies auch der Fall: das Gehäuse liegt am Schutzleiter, dann muss ich wohl nicht geerdet gewesen sein, mit PVC-Fussbodenbelag, textilem Fussbodenbelag und Schuhwerk war diese Erdung nicht gegeben, ich hatte mich somit unbemerkt im elektrischen Feld zwischen dem +18-kV-Anschluss und dem Gehäuse aufgeladen, und dann bei Unterschreiten der entsprechenden Schlagweite (Abstand) zum Gehäuse an diesem entladen.]

Kugelfunkenstrecke (Kapitel 3)

Stelle ich die beiden Kugelkondensatoren ganz dicht an einander, so reicht der geringste Abstand zwischen beiden noch nicht für einen Überschlag bei 18 kV aus, der geringst mögliche Abstand ist zu groß für einen Überschlag mit 18 kV. Ein geringerer Abstand wird durch den Radius der Füsse der Kondensator-Ständer verhindert. Somit ist mir verwehrt, durch Variieren und Messen des Abstands aus Tabellen bzw. mit Hilfe von Formeln aus Internet und Literatur die Spannung zu bestimmen.

[Es ist in der Hochspannungstechnik ein gängige Methode, nicht nur über Vorwiderständer oder mit Spannungsteilern, die Spannung durch definierte Funkenstrecken zu begrenzen und damit auch zu "messen". Infrage kommen Kugelfunkenstrecken und Stabfunkenstrecken. Bei den Kugelfunkenstrecken. Das Thema ist komplexer als es zunächst scheint. Wer im Internet recherchiert wird merken, warum. Bei kleinen Spannungen kommt hinzu, dass es erforderlich ist, in den Funkenstrecken für eine "Vorionisierung" mit UV-Strahlen zu sorgen.

Eine "Vorionisierung" mit UV-Strahlen steht mir nicht zur Verfügung, ich müsste eine andere Funkenstrecke haben, die bei einem Überschlag UV-Strahlung emittiert. Ob elektromagnetische Strahlung dieser Funkenstrecke die Mess-Funkenstrecke beeinflussen würde, kann ich nicht ausschließen. Ob blaues LED-Licht im Gegensatz zu rotem LED-Licht hier einen messbaren bzw. bemerkbaren Unterschied ergäbe, werde ich zunächst nicht weiter untersuchen. Hier wird auch das Gebiet der Zündung einer gasgefüllten Strecke mit einer Zündelektrode berührt.

Es müsste hier ausgiebig recherchiert bzw. auch ein Buch über Hochspannungstechnik gelesen werden.]

Schaltung

Der Ausgang des 18-kV-Netzteils (+18 kV) ist mit dem ersten Kugelkondensator verbunden, der Erdanschluss über einen 2-Gigaohm-Widerstand mit dem zweiten Kugelkondensator.

[der 2-Gigaohm-Widerstand soll den Kurzschlussstrom, der ja bei Überschlägen, Funken und Lichtbögen entsteht, begrenzen, er reduziert auch, wenn man an der richtigen Stelle anfasst, den durch den eigenen "body" fliessenden Strom. Besser wäre es aber sicherlich, in den Folgeversuchen ab (?) auch grundsätzlich so geschaltet, direkt nach dem 18-kV-Ausgang einzuschleifen, damit möglichst viele Stellen und Teile der Schaltung auf Erd-Potenzial liegen.]

Eine Styroporflocke verheddert sich ... (Kapitel 4)

Wieder fällt eine kurze Styroporflocke von ihrem Kugelkondensator herunter und wird in den Zwischenraum der beiden Kugelkondensatoren hineingezogen [dies ist eine Kraft, die alle Dielektrika z. B. bei einem Plattenkondensator zwischen die Platten zieht.] Die Flocke bleibt dort schweben, zappelt wild zwischen links und rechts hin und her. Zu hören ist ein mittellautes Brozzeln. Gelegentlich finden Überschläge zwischen beiden Kondensatoren statt. Dabei ist dann ein leises knatterndes Geräusch zu hören. Schön. Die mehrfach gezackten Funken der Überschläge springen dabei nicht durch die Luft über, sondern laufen entlang der Oberfläche der Styroporflocke.

[das wird bei Folgeversuchen immer wieder beobachtet und auch in der Literatur theoretisch untermauert]

Mit der Reduzierung der Spannung des 18-kV-Netzteils verlangsamt sich das Zappeln, die Styroporflocke bleibt länger links bzw. rechts "kleben". Brozzeln findet weiterhin statt, Überschläge treten keine mehr auf. Weitere Erniedrigung der Spannung führt zur Einstellung der Zappelbewegungen, das Brozzeln unterbleibt, schließlich fällt die Flocke aus der Engstelle zwischen beiden Kugelkondensatoren nach unten heraus.

Kunststoffring auf Kugelkondensator gefüllt mit Styroporflocken (Kapitel 5)

Ich lege einen Kunststoffring oben auf den 18-kV-Kugelkondensator und fülle Styroporflocken und -bröckchen randhoch hinein. Bei Aufschaltung der 18 kV fliegen nur die oberen Flocken entlang eines Bogens von dannen. Geschwindigkeit und Bahnverlauf sind dabei absolut untypisch für das normalerweise zu beobachtenden Verhalten der Styroporflocken.

Überschläge zwischen Spitzen und Leistungsschalter (Kapitel 6)

... zeigen im Dunklen an beiden Spitzen sehr schwache und sehr kurze Funken (Lichtbögen) und dazwischen, den Weg vervollständigend, nur einen extrem schwachen sichtbaren "Faden" (Lichtbogen). Diese Entladung wie auch ein durchgängiger (durchgängig gleich heller) Lichtbogen lassen sich mit dem Luftstrom aus einem Gummiblasebalg "ausblasen" (wegblasen). Die einzige Schwierigkeit besteht im freihändigen Zielen. Der Versuch, auf die Ausblasöffnung des Blasebalgs Röhrchen aus Ms aufzustecken oder einen Schlauch (Isolierschlauch) misslingen, der Luftwiderstand wird zu groß. Es müsste experimentiert eine passende Länge und passende flexible Vorrichtung gefunden werden. Dazu habe ich im mom keine Lust. Ein kleiner Kompressor oder ein Blasebalg mit Fußpedal wären imo sinnvoll, aber haben muss man so etwas.

[das Ausblasen von Lichtbögen ist eine der wenigen Möglichkeiten, in Leistungsschaltern den beim Ausschalten entstehenden Lichtbogen zum Verschwinden zu bringen und ein erneutes Zünden an den ja heissen Kontaktstellen zu verhindern. Und es dürfte die hierzu benutze Druckluft sein (es gibt keine Pressluft, auch wenn die Abkürzung auf den Flaschen für Sporttaucher noch so lautet), die zu dem lauten peitschenartigen Knall führt, wenn man einmal so eine Abschaltung miterlebt.

Ich hatte einmal dieses Erlebnis bei der Besichtigung eines 15-kV-Unterwegs der Bundesbahn, während wir uns die einzelnen Schaltzellen ansahen, wurde ein Leistungsschalter geöffnet. So etwas ist genau das, was mir als schreckhaften Typ an Hochspannungsversuchen missfällt. An der Decke, im Abstand von ca. 50 cm genau über der Ausblasöffnung der Schaltkammern, war auch bei fast allen Schaltern der Putz weggeblasen und weggebrannt und der nackte Beton sichtbar.

Das ist echte Hochspannungstechnik. Wenn man sich überlegt, dass im Kurzschlussfall in einem Netz, die gesamte Netzleistung (auch durch alle rotierenden Maschinen, Motoren wirken als Generatoren!) sicher abgeschaltet werden muss, ohne dass der Leistungsschalter zerstört wird, dann bekommt man ein Gefühl dafür, welche konstruktiven Anforderungen bestehen. In YouTube gibt es interessante Videos zu diesem Thema, wo eine solche Abschaltung gelingt, und auch, wo dies misslingt.]

Auch Koronaentladungen lassen sich ausblasen, ich stelle aber fest, dass auf das erfolgreiche Ausblasen sofort danach durchgängige Lichtbögen (Überschläge) auftreten. Vielleicht dadurch, dass sich die durch die Koronaentladung permanent entladenden Kugelkondensatoren auf volle Ausgangsspannung aufladen und diese Spannung die "Haltefähigkeit" der Funkenstrecke übersteigt.

Details zwischen zwei Spitzen (Kapitel 7)

Bei vorsichtiger langsamer Verringerung des Abstands bei bestehender Koronaentladung ist am Pluspol (Anode) nur eine Koronaentladung zu sehen, bei einem Überschlag von der negativen Elektrode (Kathode) ein Lichtbogen entgegen wächst.

* diese Details in der Literatur verifizieren
* Versuch hierzu wiederholen und genauestens beobachten und dokumentieren

Die aufgespiesste Styroporflocke (Kapitel 8)

Spieße eine Styroporflocke auf einer Elektrodenspitze auf und beobachte Koronaentladung und einen Lichtbogen in der Flocke. Die maximale Lichtbogenlänge (Schlagweite) bei diesem Versuchs beträgt 10 mm, das ist wohl mehr als der Lichtbogen in der Luft ohne Flocke.

[da ist er wieder: der Einfluss von Dielektrika auf die Lichtbogenlänge, weitere Details dieses Versuchs habe ich mir nicht notiert bzw. diese sind jetzt nach mehreren Wochen nicht mehr zu deuten.]

Gelingt ein Durchschlag durch Papier? (Kapitel 9)

Ich halte einen Papierfetzen zwischen die Spitzen der Funkenstrecke. Der Abstand wird so weit verringert, dass ein Lichtbogen entsteht und ein überraschendes Verhalten an den Tag legt:

Der Durchschlag im Papier erfolgt nicht auf der kürzesten Verbindung zwischen den sich exakt gegenüber stehenden Spitzen, sondern der Lichtbogen folgt am Papier angekommen ein kurzes Stück der Papieroberfläche bis zu einer entfernteren Stelle, wo dann erst der Durchschlag durchs Papier erfolgt.

[inzwischen wurde dieses Verhalten in mehreren späteren Versuchen erneut angetroffen, es muss etwas mit Fehlstellen (Löchern) zu tun haben und der häufigen Beobachtung von Entladungen entlang der Oberfläche von Dielektrika.]

Durchschlag durch eine drucklose "Noppenfolie" (Kapitel 10)

Unter Noppenfolie verstehe ich eine zweifache Kunststofffolie, die so zusammen geschweisst ist, dass sich zwischen ihren beiden Lagen kleine bis sehr große Luftkammern bilden, welche als Verpackungsmaterial zum Polstern des Versandgutes heute häufig zum Einsatz kommen. Mit "drucklos" bezeichne ich den Fakt, dass ich während des Versuchs keinen zusätzlichen Druck auf die Luftpolster ausübe.

Ich drücke beide Spitzen der Funkenstrecke von beiden Seiten in die Folie hinein. Die Notiz ist unvollständig. Von einem Kurzschluss ist die Rede und vermerkt, dass kein Lichtbogen stattfand.

[dies zeigt wieder einmal, dass nicht nur leserlich geschrieben, sondern auch möglichst ausführlich beschrieben werden muss, wie der Versuchsaufbau und die Durchführung aussahen. Benutzte Abkürzungen kann ich jetzt nach nach fast zwei Monaten nicht mehr verstehen, das ärgert mich schon ziemlich ... Damit ist aber auch klar, dass dieser Versuch erheblich ausführlicher wiederholt werden muss, so wie er hier steht, ist nichts Gescheites damit anzufangen :-(, das viel Platz beanspruchende Materiallager verschiedener Noppenfolien kann also noch nicht aufgelöst werden]

Aufladen über die Kerzenflamme (Kapitel 11)

Bei der Wiederholung des Versuchs mit Funkenstrecke (mit Spitzenelektroden) und Teelicht stelle ich bei Abschalten und Kurzschließen der Elektroden fest, dass es beim Verschieben des Teelichts auf der isolierenden Tischplatte leise zirpt. Das Kurzschließen mit dem Kurzschlussbügel gegen Erde bestätigt: das Metallnäpfchen des Teelichts hat sich über die Kerzenflamme und das Wachs auf das Potenzial der Elektrode, unter der das Teelicht gerade steht, aufgeladen.

[dies ist ein Paradebeispiel dafür, wie ein kleiner, einfacher, "harmloser" Versuch, der nur der Vollständigkeit halber durchgeführt wird, zum Ausgangspunkt einer sich mehrfach verzweigenden Kaskade von Folgeversuchen wird, dies hatte ich damals nicht vorhergesehen, ich war ziemlich überrascht, inzwischen glaube ich mich durch entsprechende Dokumentation darauf eingestellt zu haben, ganz wichtig ist, jede Idee für Variationen sofort so aufzuschreiben, dass sie nicht wieder verloren geht!]

Bienenkorblampe (Kapitel 12)

Ich beginne mit diesem Versuch, abgeschlossene, gasgefüllte Glaskörper (Glühbirnen, Glimmlampen, Leuchtstoffröhren) direkt (über Elektroden) und indirekt (dielektrisch, kein galvanischer Kontakt, oftmals noch nicht einmal Kontakt mit dem Glaskörper) mit 18 kV zu beaufschlagen. Ich bin einfach neugierig, da es Hinweise im Internet gibt, dass solche "Röhren" im Hochspannungsfeld zu "glimmen" beginnen. Ausgeschlossen sind Energie-Sparlampen und LED-Lampen, weil ich vermute, dass deren Elektronik die Konfrontation mit Hochspannung übel neben würde.

Erstes Objekt ist eine Bienenkorblampe für 220 V. Siehe Wikipedia zum Aufbau dieser Glimmlampe. Sie ist mit Gas gefüllt, an ihren Elektroden stellen sich Leuchterscheinungen (Glimmentladungen) ein.

Ich halte also die Bienenkorblampe zwischen die beiden Spitzen der Funkenstrecke, der Glaskörper wird von keiner Spitze berührt. Sofort zeigt sich ein deutliches rosarotes Leuchten (Glimmlicht, ich vermute aufgrund dieser Farbe Neon als Gasfüllung). Dieses Glimmlicht erstreckt sich an der Anodenseite der Funkenstrecke (+18 kV) von der Innenseite der Lampe bis zum Drahtkorb, dessen Gestalt die Bienenkorblampe ihren Namen verdankt. Gegenüber der Kathodenspitze (Minuspol) ist fast nichts zu sehen. Imho müsste es sich bei der hellen Leuchterscheinung gegenüber der Anode um die "positive Säule" handeln.

Beim Aufsetzen der Spitzenelektroden auf die Außenseite der Bienenkorblampe zeigen sich kurze, gezackte Lichtbögen ("Blitze") bei der Anode, und wiederum bei der Kathode fast nichts. Diese Effekte treten bereits bei 5 kV auf.

[die fünf Zeilen handschriftlicher Notiz ist wieder "sträflich unvollständig", hatte ich beide Elektroden der Bienenkorblampe zusammen oder einzeln an einen oder an beide Pole des 18-kV-Netzteils angeschlossen gehabt? ich stelle mir das sehr interessant vor, vermute aber, dies seinerzeit nicht getan zu haben, die Folge: der gesamte Versuch muss wiederholt werden, entsprechende Notiz siehe unten bei "Aufgaben"]

Glühbirne (Kapitel 13)

Hier findet sich in meiner handschriftlichen Dokumentation nur eine einzige Zeile "(X) 100 V keine Effekt".

[damit kann ich nichts anfangen, die Kerzenglühlampe, an die ich mich erinnere, zeigte keinerlei Leuchterscheinungen beim Annähern und Aufsetzen der Spitzenelektroden, der Innendruck dürfte ja wohl dem normalen Luftdruck entsprechen, das Ausbleiben von Leuchterscheinungen ist daher nicht erstaunlich. Nicht kann ich mich aber daran erinnern, den Leuchtdraht der Lampe an einen Pol des 18-kV-Netzteils angeschlossen zu haben, das muss (erneut) erfolgen und auch im Dunklen beobachtet werden, Aufgaben wird unten notiert.]

Xenon-Spektrallampe (Kapitel 14)

Die Leuchterscheinen sind blau. Nur im Vorraum der Kathode zeigt sich eine breite, lange Säule. Vermutlich handelt es sich dabei um das negative Glimmlicht. An der Anode ist fast nichts zu sehen.

[Das deckt sich mit dem Hinweis in Physikbüchern und auch im "Elektro-Zauber", dass bei Glimmlampen die Leuchterscheinung vor der Kathode viel heller ist, als die vor der Anode. Dieser Effekt wird in Spannungsprüfern mit Glimmlampe verwendet. Dieser Effekt deckt sich aber nicht mit den Beobachtungen im im Kapitel 7 ("Details zwischen zwei Spitzen"). Der Lichtbogen im dortigen Versuch fand bei normalem Luftdruck statt, der Druck in den Spektrallampen und Glimmlampen ist im Gegensatz dazu erheblich geringer.

Neon-Spektrallampe (Kapitel 15)

Die Effekte von Glimmlampen (hier in Spektralglimmlampen) sind jetzt mit der Neon-Röhre viel deutlicher. Bereits bei 5 kV ist alles sehr hell. Auch hier zeigt sich ein gleichmäßig breites, den Querschnitt ausfüllendes langes Band an der Kathode (das negative Glimmlicht). Je niedriger die Spannung, um so länger sind die Perioden des regelmäßig stattfindenden Durchzündens. Akustisch ist das deutlich zu hören. Das sind Kippschwingungen mit einer Frequenz von ~3 Hz (schwierig auszuzählen).

[ich müsste die Kippschwingungen genauer bestimmen, vielleicht mit einem hochohmigen Vorwiderstand an einem Oszilloskop oder mit Mikrofon mit dem R + E aufnehmen und mit Oszilloskop messen oder aus einem Frequenzgenerator über Kopfhörer durch Vergleich bestimmen.

Ich hatte bereits die Zeitkonstante mit dem Ladekondensator im 18-kV-Netzteil von 564 pF und der externen Beschaltung mit 2 GOhm Widerstand zur Begrenzung des Kurzschlussstroms gepostet, die 1,128 s beträgt. Dies könnte Kippschwingungen im Bereich von 1 bis 3 Hz erklären. Kippschwingungen mit Glimmlampen werden im Kasten C von R + E erzeugt und erklärt.

An dieser Stelle darf ich die aktuellere Warnungen vor Versuchen mit Glimmröhren und Hochvakuumröhren mit Spannungen oberhalb von 5 kV wiederholen, da hier Röntgenstrahlung entsteht.]

Aufgaben

* Details der Lichtbogenentladung zwischen Spitzen (siehe Kapitel 7) erneut beobachten und Entsprechungen in der Literatur suchen
* Versuche mit der Bienenkorblampe sind umfassend zu wiederholen (beide Elektroden, einzelne Elektroden, sind in allen Kombinationen "an 18 kV" anzuschliessen und im gesamten Spannungsbereich mit kugeligen und Spitzenelektroden und mit Fingern am Glaskörper auszutesten, ggf. auch mit "aufgeladenem" Finger, und im Dunkeln.
* Glühbirne erneut testen, Spitzen vor und auf dem Glaskörper, Hochspannung auch am Grühdraht, auch im Dunkeln beobachten.
* Frequenz der Kippschwingungen mit Neon- und Xenon-Glimmlampen für verschiedene Spannungen bestimmen (s. Kapitel 14 und 15) und im Diagramm darstellen.

Anmerkung

Wenn ein Strom fliesst (Koronaentladung und Lichtbogen, Funken) dann ist das auch imo keine Elektrostatik mehr. Ich habe hier und auch in vielen anderen Postings aber Elektrostatik häufig synonym zu Hochspannung verwendet. Wer aber meine Terminologie auf die Goldwaage legt, sollte dies stattdessen vielleicht eher mit Goldfolie tun und aus dieser ein Elektroskop bauen. Nichtsdestoweniger ist Feedback (auch zur Terminologie) immer erwünscht.

Gruß
Hans-Günter
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Schlagweite und Kippschwingungen

Ungelesener Beitragvon hgd » 13. Nov 2013, 00:08

Versuche mit der Funkenstrecke an 18 kV
Hochspannungsversuche (I)

[die Funkenstrecke mit den Spitzen]
Schlagweite und Kippschwingungen

05.10.2013

Hallo Liste,

aus der Anfangszeit der laufenden Elektrostatik-Versuche fand ich einige Dokus, die vor dem Zeitpunkt entstanden, als ich begonnen hatte, über die Versuche im "Experimentierkasten-Board" zu berichten. Vielleicht ist die für Anfänger interessant. Für mich historisch ist es dies auf jeden Fall.

Aufbau

Versuch mit 18-kV-Netzgerät, Funkenstrecke (mit Spitzen), zwei Kugelkondensatoren und Vorwiderstand 2 GOhm.

Da ein dauerhafter Lichtbogen am Ausgang einer Hochspannungsquelle unerwünscht ist, schleife ich einen Hochspannungswiderstand von 2 GOhm ein. Aus mechanischen Gründen (freischebend sowie auf dem Tisch zu legen geht nicht) hänge ich diesen in die Lötösen unterhalb meiner beiden Kugelkondensatoren ein. Die kapazitive Wirkung dieser Kondensatoren war nicht beabsichtigt. Einer der Kugelkondensatoren weist eine Kapatität von 5,12 pF auf.

Die Spitzen der Funkenstrecke exakt aufeinander auszurichten war etwas schwierig. Eine feste Montage auf einer Grundplatte hätte allerdings die für den Versuch wesentliche Flexibilität zunichte gemacht. Ausweg wäre ein isolierende Konstruktion mit Spindelantrieb (sehr komplex). Das Kostennutzenverhältnis lässt das meiner Auffassung nach nicht zu.

* Idee: beide Elektrodenhalter auf je ein isolierendes dünnes Kunststoff-Brettchen schrauben Stegen und Handgriffen auf der Unterseite. Die Handgriffen sollen ein Verschieben und Ausrichten mit sicherem Abstand ermöglich.

Schlagweite

Bei geringem Abstand zündete ein recht kräftiger und lauter blauer Lichtbogen. Beim Auseinanderziehen riss dieser schließlich ab. Die entsprechende Entfernung der Spitzen lag bei 6 mm. Zu hören war dann nur noch die nicht sichtbare Koronaentladung mit einem sirrenden Hochspannungsgeräusch.

Schlagweite mit Kerzenflamme

Dem Hinweis folgend, dass sich ein geladener Kondensator entlädt, wenn die heißen Abgase einer Kerzenflamme die Luft ionisieren und damit leitende Ladungsträger erzeugen, stellte ich ein brennendes Teelicht zwischen die Elektrodenspitzen. Sofort zündete der Lichtbogen. Bereits zuvor hatte ich festgestellt, dass gelegentlich unterschiedliche Durchschlagswege beobachtet werden. Auch hier wurde beim Auseinanderziehen schließlich ein Abbruch des Lichtbogenss erreicht, der bei beachtlichen 16 mm lag.

Lichtbogen und Koronaentladung auf Langwelle (im Radio)

Der Lichtbogen wurde mit zunehmedem Abstand immer dünner (feiner) und schwächer. Ob es nach seinem Verlöschen noch einen Lichtbogen (bzw. noch kurzzeitig) Lichtbögen konnte ich nicht sagen. Mit Kerzenflamme geht das nicht, der Versuch müsste im Dunklen mit Langwellenradio verfolgt. werden.

Eine obere Grenzentferung dürfte es nicht geben, weil die Koronaentladung nicht auf eine nah gelegende Gegenelektrode angewiesen ist.

Die Versuche wurden auf Langwelle mit dem analog zu bedienenden tragbaren Transistorradio begleitet: ein sirrendes leises Zischen war bei der Koronaentladung und auch ohne externe Beschaltung (nochmals leiser) der Hochspannungsquelle zu hören. Mit gezündetem Lichtbogen war es auf LW bedeutend lauter.

mögliche Kippschwingungen

Die Ersatzschaltung ohne gezündete Funkenstrecke zeigt beide Kondensatoren (resultierende Kapatität 2,6 pF) und den Vorwiderstand der Funkenstrecke von 2 GOhm in Reihe. Die Zeitkonstante beträgt 5,2 ms (Kehrwert: 190 Hz).

Die Ersatzschaltung mit gezündeter Funkenstrecke zeigt einen Kondensator von 5,12 pF in Reihe mit dem Hochspannungswiderstand von 2 GOhm. Die Zeitkonstante beträgt jetzt 2,6 ms (Kehrwert: 380 Hz).

Die Zeitkonstante mit dem internen Ladekondensator von 564 pF und dem 2 GOhm Widerstand zur Begrenzung des Kurzschlussstroms beträgt 1,128 s, eine Kippschwingung mit diesem RC-Glied ergäbe also eine Frequenz von ca. 1 Hz.

Vielleicht erklärt sich daraus auch der surrende, sirrende Ton. Es dürften hier Kippschwingungen entstehen, deren Frequenz wohl auch von der Schlagweite und dem Innenwiderstand des Lichtbogens abhängt. Das wäre zu überprüfen. Ein Einfluss der Wandlerfrequenz im Netzteil als Funktion der Belastung ist ebenso nicht ausgeschlossen.

weitere Versuchsideen

* Korona und Lichtbogen im Grenzbereich bei Dunkelheit wiederholen
* Löffeln von Ladung in einen Faraday-Becher mit angeschlossenem Elektrometer
* Lichtbogen in Funkenstrecke zwischen Spitzen ausblasen
* geladene beiden Kugelkondensatoren durch Teelicht zwischen ihnen (unterhalb der Stelle der größten Annährerung) entladen lassen (Elektrometer anschließen)
* Spannung nach Tabelle aus Abstand der beiden Kugelkondensatoren bestimmen
* alle weiteren Styropor-Teile und Verpackungsmaterialien austesten (Durchschlagslöcher) in Noppen- und Luftkammer-Materialien testen

Gruss
Hans-Günter
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Die "New-Yorker-Flasche"

Ungelesener Beitragvon hgd » 13. Nov 2013, 19:25

Leydener Flaschen oder Leidener Flaschen

Hallo Liste,

diese Info will ich noch schnell los werden.

Ich hatte bisher immer "Leydener Flaschen" geschrieben, weil ich das monatelang gelesen hatte (auf Englisch). Beim Besuch bei Wikipedia wurde ich durch die Schreibweise "Leidener Flaschen" überrascht.

Warum ist dann im Internet fast überall "Leydener Flaschen" zu lesen? Die Stadt, in der einer der beiden "Erfinder" lebte, ist Leiden, in der niederländischen Provinz Südholland. Ist "Leyden" dann eine ... ich formuliere das bewusst nicht weiter aus ... eine Erfindung des Englischen (BE oder/und AE)? Und wird das dann von den "Denglikern" wie üblich ... verwendet?

Es schien so zu sein. Aber in dem Artikel der deutschen Wikipedia steht auch "(früher auch Leyden ...)". Das könnte ich so eben noch durchgehen lassen. Aber "Leiden" gefällt mir besser. Aber das lässt sich eben nicht verallgemeinern.

Aber wäre die ... Flasche in Neu-Amsterdam erfunden worden, würden wir heute (und auch ich) die "Neu-Amsterdamer Flasche" dazu sagen oder "Nieuw-Amsterdamer Flasche" oder "New-Yorker-Flasche" sagen???

Bin ich froh, dass es sich hier nur um den Unterschied zwischen y und i handelt :-) ...

Gruss
Hans-Günter
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Literatur zur Bogenentladung

Ungelesener Beitragvon hgd » 14. Nov 2013, 19:43

Bogen- und Funkenentladungen
"Literatur zur Bogenentladung"


Hallo Liste,

Details zwischen zwei Spitzen (Kapitel 7)

Wiederholung (gepostet auf Expi-Board (im Unterforum "Unsere Bastelbude") am 12.11.2013 als "Allerlei Entladungen bei hohem und niedrigem Druck") im Doku "Elektrostatik (3)" ...

"Bei vorsichtiger langsamer Verringerung des Abstands bei bestehender Koronaentladung ist am Pluspol (Anode) nur eine Koronaentladung zu sehen, der bei einem Überschlag von der negativen Elektrode (Kathode) ein Lichtbogen entgegen wächst."

Dieser Beobachtung, zur Versuchswiederholung notiert, fehlt mir immer noch eine Bestätigung aus der Literatur. Gefunden habe ich inzwischen dieses hier ...

Bogenentladung (aus "Physik für Ingenieure")

(aus: "Physik für Ingenieure", S. 216, Dobrinski, Krakau & Vogel, Teubner-Verlag, 2. Auflage, 1971, inzwischen gibt es die 11. Auflage, "tempus fugit")

[in der 11. Auflage, via Suchmaschine erreichbar, steht dieser Text vollständig und korrekt auf der S. 293, dort kann man sich auch andere Abschnitte anlesen, aber nicht alle]

Erhöht man den Strom der Glimmentladung, geht diese in eine Bogenentladung über. In der Bogenentladung erzeugt die Kathode einen wesentlichen Teil der Ladungsträger. Die Kathode kann durch den Entladungsstrom so stark erhitzt werden, dass sie sehr viele Elektronen emitiert.

Der Bogen zieht sich an der Kathode auf einen kleinen Fleck zusammen. Die Stromdichte kann hier bis zu 10 Mega-Ampere / cm^2 betragen. Die Leuchtdichte in der positiven Säule ist entsprechend groß. Die Bogenentladung kann bei den verschiedensten Drücken brennen.

Der elektrische Funke ist ebenfalls eine Bogenentladung kurzer Zeitdauer.

Auszug (Literatur)

Das ist nicht die Bestätigung, die ich erhoffte. Passen tut nur dies ...

"Erhöht man den Strom der Glimmentladung, geht diese in eine Bogenentladung über. In der Bogenentladung erzeugt die Kathode einen wesentlichen Teil der Ladungsträger. Die Kathode kann durch den Entladungsstrom so stark erhitzt werden, dass sie sehr viele Elektronen emitiert."

Auszug (Versuch)

"... am Pluspol (Anode) nur eine Koronaentladung zu sehen, der bei einem Überschlag von der negativen Elektrode (Kathode) ein Lichtbogen entgegen wächst."

Das ist damit einer der "Schwebezustände" (weder Widerlegung noch eindeutige Bestätigung), die ich partout nicht mag. Ich bleibe aber am Ball. Wer andere Beschreibung für diesen Versuch / meine Beobachtung findet, möge dies bitte hier posten.

Ich hoffe, bald auch mit meinen eiligen, nicht-E-Technischen Hausaufgaben durch zu sein, damit ich wieder experimentieren kann.

Gruss
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik Kosmos

Ungelesener Beitragvon Friedhelm » 15. Nov 2013, 09:07

Hallo Hans Günter,

ich besitze den "alten" Kosmos- Kasten, habe allerdings den Karton (wie immer) entsorgt, da ich kein Sammler sondern Bastler bin.

Viele Grüße,

Friedhelm
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Wie man einen Wasserstrahl aufwickelt

Ungelesener Beitragvon hgd » 17. Nov 2013, 01:48

Elektrostatik (4)
Wie man einen Wasserstrahl aufwickelt

Hallo Liste,

ich stecke in ungeliebten aber erforderlichen dringenden Hausaufgaben. Aber in einer mitternächtlichen kleinen Pause musste ich einfach mal wieder etwas "Elektrostatisches" machen, obwohl der unten beschriebene Versuch auch noch gar nicht an der Reihe gewesen wäre.

Wasser und Elektrostatik

Es gab sehr viele Anregungen zu diesem Versuch. In einem meiner beiden "elektrostatischen Experimentierkästen" befindet sich auch eine Spirale, die bestimmt etwas damit zu tun hat. Ich nahm ganz einfach das Wolltuch aus dem "KOSMOS Elektrozauber" und rieb damit kräftig den Hartgummistab. Es knisterte im Tuch.

Damit auf die Schnelle das Elektrometer aufgeladen ergab sich ein Zeigerauschlag, der auf eine Spannung von >= 10 kV schließen lässt. Und dann wurde es feucht(er, als ich dachte):

Aus dem Wasserhahn liess ich einen feinen, ca. 1 mm dicken Wasserstrahl störungsfrei gleichmässig ins Waschbecken fallen. Die seitliche Annäherung des geriebenen (geladenen) Hartgummistabs an den Wasserstrahl liess diesen sofort stark aus der Senkrechten abweichen, vom Hartgummistab außerst stark angezogen. Die Ablenkung war so stark bzw. gross, dass der Hartgummistab den engeren Bereich des Hartgummistabs horizontal verlies. Ich hatte immer den Eindruck, der Wasserstrahl würde sich um den waagerecht gehalten Hartgummistab herumwickeln.

Diese starke Wirkung wird durch die große relative Diellektrizitätszahl von Wasser (ca. 81) erklärbar und ist die Folge des starken Dipolmoments des Wassermoleküls. Obwohl ich mir Mühe gab, dass der Wasserstrahl auch in der Ablenkung den Hartgummistab nicht berührte, fanden sich immer wieder einige Wassertropfen auf dem Stab. Da mussten sich also Teile des Wasserstrahls aus diesem gelöst haben und zum Stab geflogen sein.

Nebel und Hochspannungstechnik

Bei Nebel bilden sich ja auf festen Objekten Wassertröpfchen, die hängen dann auch auf der Unterseite der "Schirme" von Isolatoren. Hohe Feldstärke führt dazu, dass sich die Gestalt dieser Tropfen ändert, sie elongieren in Richtung der Feldstärke und können sich dann berühren oder so nahe sein, dass ein Überschlag die Oberfläche des Isolators erfolgt. Bei verschmutzter Luft oder bei salzhaltiger Luft ist die Gefahr besonders groß.

Ein einziges Mal habe ich während der Fahrt über die "Sauerlandlinie" einen solchen Überschlag an einem Isolator in freier Natur erlebt. Es war nebelig und der Nebel sah irgendwie etwas gelblich aus. Auch solche Zufälle kommen gelegentlich vor.

In den Hochspannungsinstituten gibt es dafür besondere "Nebel-" oder "Salzkammern", denn dies ist eines der großen Probleme der Hochspannungstechnik. Zurück zum Ablenkungsversuch mit Wasser.

Kontrast zu gering

Versuche mit Wasser haben "Potenzial". Ich freue mich bereits darauf. Die Anordnung im Waschbecken ist aber "suboptimal". Man sieht fast nichts, der Kontrast ist viel zu gering. Und alles ist gleich hell. Ein scharzes Stück Tuch oder Karton dahinter wäre sehr gut, besonders bei seitlicher Beleuchtung. Vielleicht macht man das besser gleich über der Badewanne oder in der Duschkabine. Die Vermeidung von Wasser an Kabeln und Isolatoren wird dann ein echtes Problem (trocknen). Aber immerhin ist Wasser besser als Seifenwasser.

Elektrostatische Seifenblasen

Die habe ich kurz mal angetestet, dürfte ganz nett werden, aber dort, wo die Seifenblasen nach normaler oder elektrostatischer Aufladung landen, da hinterlassen sie eine Fläche von Seifenwasser, das finde ich nicht so reizvoll, weil die Seife im Wasser zum Verschmieren neigt. Alleine dadurch (trocknen und säubern) wird die Versuchsdurchführungen nochmals schwieriger. Aber die Vorstellung, vom grünen Schemel aus, auf +18 kV aufgeladene Reihe von Seifenblasen einen auf + bzw. auch - aufgeladenen Kugelkondensator zu schweben zu lassen, dass muss ich einfach mal ausprobieren.

Die Seifenblasen platzen mir aber zu schnell, nämlich direkt bei der Berührung mit einer festen Oberfläche. Die Architekten und Bauingenieure haben dafür eine Löstung parat:

Seifiges Zuckerwasser

Ins Seifenwasser wird Zucker aufgelöst. Das steigert die Stabilität. Alles steigert das nochmals die Probleme (trochnen und säubern), denn nun wird die Brühe auch noch nach dem Zerplatzen der Blasen klebrig und bleibt es auch noch.

Versuche im ***-Fach

Das wäre eine Lösung. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt werden Seifenblasen unglaublich stabil, die bleiben auf der Wiese oder auf den Bäumen in Astgablen einfach liegen, und platzten erst eine Minute oder länger nach ihrer Landung. Also musste man diese Versuche in einer großen Kältekammer durchführen oder draußen, wenn es mal richtig knackig kalt wird. Das ginge schon, mit einem 12 V= ./. 230 V~ Spannungswandler.

Eis

Wenn es schon einmal so kalt ist, könnte man auch mal mit Eiswürfeln experimentieren.

Ausblick

Bin gespannt, was sich alles elektrostatisch mit Wasser so anfangen lässt. Und freue mich bereits auf solche Versuche.

Gruß
Hans-Günter
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18-kV-Netzteil von Phywe

Ungelesener Beitragvon hgd » 19. Nov 2013, 16:55

Hallo Liste,

eben gesehen auf e ... es ist dort wieder einmal ein 18-kV-Netzteil von PHYWE im Angebot. Falls jemand so etwas Ähnliches wie bei mir machen möchte.

Bis später ...

Gruß
Hans-Günter
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Klebeband als Hochspannungsgenerator

Ungelesener Beitragvon hgd » 19. Nov 2013, 20:13

Elektrostatik (5)
Klebeband als Hochspannungsgenerator


Hallo Liste,

Einführung in die Elektrostatik vom Klebeband

als ich neulich einen Streifen braunen Paketklebebands von seiner Rolle abzog und dieses eine deutliche Anziehungsneigung hin zu anderen Objekten entwickelte, es alsbald zu einem Erstkontakt kam, der schlagartig dank der Klebefähigkeit des Paketbands in einen Dauerkontakt umschlug, war klar: das ist kein normales Verhalten, das ist pure Elektrostatik.

Zu diesem Themenkreis führte ich heute mehrere Versuche durch. Diese funktionieren auch mit Tesafilm und lassen sich vielleicht nicht nur im heimischen Umfeld, sondern auch auf Besuch bei Bekannten zeigen.

Erste Hinweise

Bis heute hatte ich mich immer geärgert, dass ein von der Rolle abgerissenes klebefreudiges Stück Paketklebeband recht schnell eine unangenehme Eigenschaft entwickelt, die ihm nicht zusteht und Unmut beim "Operator" hervor ruft. Zunächst erinnert es sich kurz seiner langjährigen Vergangenheit, in dem ihm nichts anderes übrig geblieben war, als aufgehaspelt auf einer Rolle ständig einen "krummen Rücken" zu machen. Dann aber entwickelte es ein wenig Ergeiz und hängt senkrecht (Kritiker würden sagen schlaff) nach unten, der Dinge harrend, die im vorbestimmt sind. Vielleicht entwickelt es in diesem Zeitpunkt aber bereits klammheimlich Freude im Hinblick auf das sich anbahnende Drama, den Kampf mit seinem Herrchen. Sonst wäre das Leben eines Klebebandstückchens auch eher "schlicht".

Der Klügere gibt nach

Denn es dauert nicht lange, bis sich die Ereignisse zu überschlagen beginnen: bei Annäherung an den vorbestimmten Klebeort entwickelt das Klebeband Eigensinn, nähert sich zunächst unmerklich einer anderen Stelle, nimmt unversehens Geschwindigkeit auf und "papp!" pappt an einer Stelle, die nicht im Interesse seines Möchtegern-Dompteurs ist. Und um Letzteren vollends aus der Fassung zu bringen, lässt es auch nicht mehr los, hält verbissen fest, selbst dann noch, wenn z. B. die Folie des Müllbeutels beim Befreuungsversuch zu reissen beginnt. Und spätestens jetzt ist "Schluss mit Lustig". Akt zwei im Drama "Müllbeutel und Paketklebeband" ist fällig: die Gelegenheit zu einer Versuchswiederholung ist unabdingbar, schließlich verfügt auch der "Dompteur" über eine Portion Eigensinn, schließlich hat er ja Paketklebeband gekauft und erwartet nun bestimmungsmäßiges Wohlverhalten bis zur Selbstaufgabe. Für solche Fälle empfiehlt sich das Vorhalten einer "psychologischen Rutschkupplung": der Klügere gibt nach.

Physik und E-Technik

Seitdem ich neuerdings Physiklehrbücher und solche über Hochspannungstechnik lese, ärger ich mich nicht mehr. In "Experimentalphysik 2" hatte nämlich gestanden, das beim Abziehen von Folienstreifen von der Rolle Ladungstrennung stattfindet, das wir es hier folglich mit elektrostatischen Phänomen zu tun haben. Und seitdem ich das weiss, geht es mir erheblich besser, auch beim Kampf mit dem Klebeband. Und dies ist ein neuerlicher Beweis für meine These, dass Physik und E-Technik auch das Alltagsleben erträglich(er) machen.

Positiv denken !

Ein bewährtes Verhalten zur Bewältigung krisenhafter Situation ist, einen unerwünschten Effekt (einen "Schmutzeffekt") hochzustilisieren und hochzuzüchten und damit dann auch noch Geld zu verdienen. Ich erspare mir die ökonomische Version und beginne mit ein paar wertfreien Versuchen.

Wasser und Klebeband mögen sich ...

... wenn geladen. Die Ännäherung des frisch abgezogenen Klebebands an einen dünnen Wasserstrahl im Waschbecken führt bereits auf eine Entfernung ab ca. 8 cm zu einer deutlichen Ablenkung des Wasserstrahls.

Besser dürfte es sein, ein dunkles Handtuch hinter dem Wasserstrahl anzubringen und von der Seite zu beleuchten. Auch der Durchmesser könnte reduziert werden. Heute bei der Grippeimpfung bat ich meinen Allgemein Mediziner um eine Kanüle. Das Ergebnis ...

Kanülen
(im Volksmund "Spritze" genannt)
Kennfarbe Durchmesser

violett (hellgrau) 0,45 mm
grau (dunkelgrau) 0,7 mm
gelb 0,9 mm

Es ist schwierig, das Motto - "zieh mich an, aber mass mich nicht nass" - umzusetzen. Beide Partner, Wasserstrahl und Paketklebeband, sind labile Gebilde, die sich schwer kontrollieren lassen.

Ein trockener Versuch

Beim Annähern an feste Oberfläche, egal ob leitend oder nicht, findet Anziehung an. Wird statt der Oberfläche die Stirnseite dem Partnerobjekt genähert, besteht die Möglichkeit auch den Ping-Pong-Effekt zu beobachten.

Elektroskop

Auch ein Elektroskop zeigt die Ladung an, so gelungen mit Seidenpapier im "Zauberring", das mit Tesafilm auf die Innenseite einer Kondensatorplatte ("KOSMOS Elektro-Zauber") geklebt wurde. Es sollte vermieden werden, dass die Anziehung vom Klebeband auf das Seidenpapier einwirk. Stattdessen nähere ich das Klebeband der Aussenseite der Kondensatorplatte und lasse es dort festkleben. Sofort zeigt sich auf der Innenseite eine gut sichbare Aufspreizung des Doppelbüschels aus Seidenpapier.

Annäherung zwischen Klebeband und Seifenblasen

Diese stelle ich mir besonders schön vor, aber so etwas mache ich nicht mehr auf meinem Hochspannungstisch in meiner "Hochspannungshalle", dem Badezimmer. Die platzenden Seifenblasen hinterlassen wässrig-seifige Flecken, die wirklich nicht zu hochgradig isolierienden daher peinlichst sauber zu haltenden Oberflächen passen. In der Küche wird auch experimentiert, da stehen aber die Röhrenradios. Also muss auf den Flur ausgewichen werden, dort aber steht die Funkanlage, im Wohnzimmer der PC, bleibt nur das Schlafzimmer übrig. Die ganze Wohnung wird so schrittweise zu einem Laborkomplex.

Als Bewohner eines Einzimmer-Appartments muss man sich da einiger Beschränkungen unterwerfen. Aber wie gezeigt, gibt es auch trockene Versuche.

Gruss
Hans-Günter
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KOSMOS Electrostatics

Ungelesener Beitragvon hgd » 20. Nov 2013, 00:21

Hallo Friedhelm,

>
ich besitze den "alten" Kosmos- Kasten
<

Auf einer Aufnahme vom Kasten konnte ich entziffern ...
Scheiben-/Wasserelektrisiermaschinen

Könntest Du bitte im Anleitungsbuch Deines Kastens nachsehen, was das für Maschinen sind?

Besonders interessiert mich die oder die Wasserelektrisiermaschine(n), weil ich mir im mom nicht vorstellen kann, wie das geht. Und wenn das nicht zu aufwändig ist, würde ich das gerne nachbauen.

Könntest Du mir dabei helfen, bei der Infobeschaffung, dann wäre das toll.

tia
Gruß
Hans-Günter
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Durchschläge im homogenen Feld bei Luft

Ungelesener Beitragvon hgd » 21. Nov 2013, 14:23

Hallo Liste,

Elektrostatik (6)
Durchschläge im homogenen Feld bei Luft


Hallo Liste,

letzte Nacht konnte ich endlich wieder mein 18-kV-Netzeil einschalten :razz: . Aber ich bin noch nicht so weit mit der Niederschrift. Vorweg nur eine Warnung (die beim entsprechenden Versuch wiederholt werden soll). Danach dann einige Kenn- bzw. Messwerte zur "Festigkeit" (Durchschlagfestigkeit) der / unserer Luft.

Hochspannungskondensatoren sind lebensgefährlich !

Hatte mir einen Kondensator 2 nF, 40 kV gekauft und so auf einem Stapel von zwei Schraubdeckeln aus Blech montiert, dass ich gut mit Krokodilklemmen an beide Anschlusse komme und das Teil senkrecht stabil auf der Cu-Platte auf dem Tisch steht.

Und die letzte Nacht kam dieser Aufbau bei mir ins "Prüffeld". Ich wollte sehen, ob der Kondensator meine 18 kV aushält und hält und ob die isolierte Montage auf dem unteren Schraubverschluss aus St-Blech, die Isolierung durch drei Abstandsstutzen im inneren keine Gleitentladung (Oberflächenentladung, geführte Glimmentladung) zeigte.

Nach dem erfolgreichen Abschluss der "Abnahme" entlud ich wie üblich die 18-kV-Leitungen, vollständig wie ich dachte. Beim Wegstellen des Teils stellte ich aber fest, dass (wie? keine Ahnung) der Kondensator noch geladen war. In der rechten Hand hat es ganz kräftig gezuckt. Und ich war froh, Rechtshänder zu sein.

Also, immer, alle Kondensatoren kurzschliessen, falls kein "Impulstyp" (nicht impulsstromfest, die Leitbahnen innen könnten verdampfen) werde ich zunächst den Kurzschluss über einen Entladewiderstand (Hochspannungswiderstand) vornehmen. Auch hier sollte alles, was man berühren könnte, isoliert sein. Aber spätestens danach beide Anschlüsse brutal kurzschließen. Besser es zuckt dort, als im eigenen Körper.

Durchschlagfestigkeit der Luft

Diese Aussagen fand ich heute morgen im Buch ...
Hochspannungstechnik
Andreas Küchler

Erscheinungsjahr: 2009
Ausgabe: 3. neu bearb. Auflage
ISBN: 9783540784128, 3540784128
Seiten: 607

Die Angaben gelten im homogenen Feld (Plattenkondensator). Für meine Kugelkondensatoren und Kugelfunkenstrecken (Durchmesser 10 bzw. 5 mm) würde ich das dann auch einmal experimentell untersuchen.

Und die Angaben gelten für Normalbedingungen: 20°C und Umgebungsdruck (1 bar)

Die gekürzten Zitate hierunter werde ich mir Ausdrucken und ins "Prüffeld" legen oder/und auswendig lernen.

Bei einer Schlagweite von d = 2 mm wird im homogenen Feld unter Normalbedingungen eine Durchschlagspannung U{d} = 7,5 kV gemessen.
Die minimale Durchschlagspannung beträgt U{d,min} = 350 V. Die Durchschlagfeldstärke beträgt E{d} = 30 kV/cm = 3 kV/mm.

Das Buch enthält noch viele weitere Infos, die zu einem bedeutenden Teil für mich neu sind. So werden auch die Überschläge in meinem Selbstbau-Kondensator entlang der isolierenden Plastikschrauben erklärt und auch, warum zwischen Spitze und Platte, erst dann ein Überschlag (Gleitenladung über die Oberfläche des Kunststofflineals) erfolgt, und zwar ein kräftiger, wenn ich zwischen Spitze und Platte das Lineal einschiebe. Toller Versuch, und unerwartet.

Ich erhole mich noch von meinem Kurzfristjob als Kondensator-Entladewiderstand. Machts gut :thumb: !

Gruß
Hans-Günter
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Versuchsbeschreibungen

Ungelesener Beitragvon hgd » 24. Nov 2013, 14:40

Hallo Liste,

der folgende Hinweis führt nicht nur zu Elektrostatik-Experimenten, aber auf dieses Unter-Forum finden die meisten Klicks statt, daher hier gepostet ...

Stichwörter

Versuche, Physik, E-Technik, Experimentalphysik, Literatur

Versuchsbeschreibungen E-Technik

Versuchsbeschreibungen Physik I - III
(RWTH Aachen)

Wintersemester 2001/2002 bis Wintersemester 2002/2003
Vorlesung: Prof. Dr. Thomas Hebbeker
Versuchsbeschreibungen: Tobias Reuter

http://web.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/lectures/versuche.html

Gruss
Hans-Günter
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Immer an der Wand lang - Gleitentladungen am Lineal

Ungelesener Beitragvon hgd » 26. Nov 2013, 02:18

Immer an der Wand lang - Gleitentladungen am Lineal
Elektrostatik (8)


Hallo Liste,

24.11.2013

Dieser Versuch müsste eigentlich in drei "threads" stehen: Elektrostatik, Gasentladung und Hochspannungsversuche im Zauberring. Crosspostings mag ich nicht, daher wähle ich die Elektrostatik aus, obwohl mir die Idee mit den transparenten Rippen bzw. Nuten auf bzw. in einer Plexiglasplatte zur Demonstration von Oberflächenentladungen (Gleitentladungen) am besten gefällt.

Lineal pendelt im elektrischen Feld

... und ist aus Kunststoff. Mein Ziel ist immer noch zu erleben, wie ein Dielektrikum in das elektrische Feld zwischen den Platten eines Kondensators hineingezogen wird. Mit festen Dielektrika war dies bisher ebenso wie bei flüssigen misslungen. Die festen fingen immer durch Influenz an zu pendeln, zwischen den Platten hin und her (Ping-Pong-Effekt). Und bei Wasser, immerhin mit einer relativen Dielektrizitätszahl von ca. 81, dachte dieses nicht daran, zwischen den Platten hinauf zu steigen. Das Feld war zu schwach, weil selbst die Leichtfähigkeit von demineralisiertes Wasser zu hoch war. [vielleicht gab es auch nicht sichtbare Gleitentladungen zwischen den Platten und dem Bassinboden, auf dem sie standen.]

Da alles jetzt so schön pendelte, wird nun auch das Lineal längs nach unten hängend am Galgen befestigt und zwar so, dass es sich teilweise im Volumen zwischen den Kreisplatten befindet. Ein Hineinziehen kann nicht beobachtet werden. Stattdessen beginnt es wie Anderes zuvor zwischen beiden Platten hin und her zu schwingen. Der Plattenabstand beträgt ca. 20 mm.

Ich verkleinere ihn auf ca. 5 mm. Das Lineal soll sich zwischen den Platten nicht mehr drehen können.

Vielleicht muss das Dielektrikum für diesen Versuch genau so dick wie der Abstand zwischen den Platten sein, damit es sich immer gleichzeitig im planparallelen Kontakt mit beiden Platten ist.

Wenn ich den Effekt der Gleitenladung berücksichtige, dann dürfte dieser Versuch nur mit Insider-Kenntnissen durchzuführen sein, die mir fehlen :-(.

Sehr helle blaue Funken am Lineal entlang

Jetzt treten sporadisch sehr helle blaue Funken auf, die zwischen beiden Kondensatorplatten vor der Kante des Lineals verlaufen. Da sind sie wieder: Gleitentladungen auf der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Dielektrika (hier: Luft und Kunststoff).

Die Platten des Kondensators im "Zauberring" sind nicht genau parallel. Wo sich das Kunststofflineal befindet, ist der Plattenabstand nicht der kleinste auf dem Umfang der Kreisplatten. Die Funken laufen daher häufig am Plattenrand entlang nach oben, wo die Kreisplatten näher zueinander stehen. Wenn das geschieht, bietet sich ein interessanter Anblick.

Gleitentladungen "aus der ersten Reihe"

Dann wird das Kunststofflineal außen an den Umfang des Kondensators so angelehnt, dass es beide Platten berührt. Jetzt finden häufig heftige, sehr helle Funken der Oberfläche des Lineals folgenden über. Von außen ist das bestens durch den transparenten Kunststoff des Lineal hindurch zu sehen. Das ist so wei beim Mikroskopieren, wo man durch das sehr dünne Deckglas direkt aufs Objekt schaut.

Dieser Effekt bzw. eine solche Anordnung sollte für geeignete Versuche maximal medienwirksam genutzt werden.
* auf Platte aus Plexiglas Rippen / Leisten aus Plexiglas aufkleben oder ausfräsen und sichtbar machen, wie die Oberflächenentladung diesen Rippen folgt bzw. auch über die Nuten hinwegspringt. Das wäre dann ein Modellversuch zur Konstruktion von Porzellanisolatoren im Freien.

Gruß
Hans-Günter
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Segnerrad - "es dreht sich doch"

Ungelesener Beitragvon hgd » 28. Nov 2013, 00:43

Segnerrad - "es dreht sich doch"
Elektrostatik (9)

Hallo Liste,

27.11.2013

Segnerrad

Viele Versuche der Elektrostatik sind ja gar keine Elektrostatik, weil die Ladungsverteilung eben nicht statisch ist, sogar Ströme fließen. So zum Beispiel bei Glimmentladungen, Koronaentladungen, Büschelentladungen, ganz zu schweigen, wo es bewusst darauf angelegt wird, das (sogar kräftige) Ströme fliessen, es sirrt, zirpt, bruzzelt und knallt. Ich versuche gar nicht, hier eine glasklare Trennung der Berichte zu versuchen.

Das Segnerrad ist eine Art von elektrostatischen Motor, es treten Ladungen an einer Spitzenelektrode in die Luft über. Also ist das eine Funkenstrecke, sogar eine Funkenstrecke ohne (fassbaren, sichbaren) Gegenpol. Einzige Unterschiede zu "normalen" Versuchen, die Elektrode(n) sind nicht ortfest sondern sind als Teil eines Rades mit diesem zusammen in Bewegung, in Rotation.

Segnerrad und Wikipedia & Co

Unter dem Begriff "Segnerrad" findet sich in DE-Wikipedia kein Eintrag, wohl aber in der Englischen. Dort heisst es aber "Segner wheel". Wenn man diesem Rad zu nahe kommt, bekommt man aber keinen gewischt, sondern wird ganz einfach nass. Denn es ist dass Sprinklerrad ...
http://en.wikipedia.org/wiki/Segner_wheel

Zum Namensgeber und Erfinder gibt es in der DE-Wikipedia einen deutschen Text zu seinem Leben ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Segnersches_Wasserrad#Werk

Wer googelt findet mehr, auch "elektrisches" ...
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/EP6/Vorlesung-SS07/VL_08_2007.pdf

In dieser .pdf steht auch etwas Physik zur Erklärung des Effekts. Und es ist dieser Text, in dem eine Abbildung mit einer Kerzenflamme gezeigt wird, die mit dem Elektronenwind vor der Spitze eines Bandgenerators weggeblasen wird. Andere Fundstellen haben in mir den Wunsch wachsen lassen, "das will ich auch mach". Es ändert sich auch nichts. als ich lerne, dass es kein Elektronenwind sondern ein Ionenwind ist, der von den Spitzen ausgeht und den Rückstoss fürs Rad erzeugt.

Die richtige Erklärung findet sich in ...
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/ladungen-felder-mittelstufe/lb/ladungen-und-felder-mittelstufe-spitzenwirkung-video-0
... und die ist ein klein wenig anders, als dass die Elektronen durch ihren Rückstoss an der Spitze das Rad antreiben. Die URL zum Video funktioniert aber nicht.

https://www.youtube.com/watch?v=jH1X-FBv_-k
... mit Tesla-Transformator
(Vorsicht, es gibt dort sehr viele Lichbögen ...)

Wir kommen aber bedeutend weiter, wenn als Suchbegriff nicht "Segnerrad" sondern "Segnersches Rad" eingegeben wird (mit Video) ...
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch9.html

Offenbar ist das ein schmaler Blechstreifen, vielleich aus dünnem Alublech bzw. aus dickerer Alufolie gebaut. Das Teil dreht sich aber ziemlich langsam, im Vergleich zu ... [später mehr]

Segnerrad und seine Beschaffung

Es gibt bei Lehrmittelherstellern das Segnerrad zu kaufen, als Teil eines Experimentesatzes mit Glöcken und Schellen für ca. 400 €, aber auch für ca. 30 €. Ich hatte Letzteres bereits auf meiner Kaufliste, aber ich sah ich dann das Video der Uni Würzburg. Damit war klar, ich baue das selbst.

Segnerrad - ein Selbstbau aus Draht

Es ist gestern: In meinem elektrostatischen Materiallager streift der Blick wieder einmal über die kumulierte Unordnung und bleibt an einem kleinen Döschen hängen, wo sich der Draht aus dem Experimentierkasten "Elektro-Zauber" befindet. Aber ich möchte das Rad nicht aus Alufblech oder Alufolie heraus schneiden, sondern mir viel einfacher das Teil aus einem Stück Draht zurecht biegen. Auf YouTube hatte ich ja ein Video gesehen, wo sich jemand ein "Segnerrad" aus Draht zurecht biegt und es oben auf seine 80-kV-Kaskade setzt. Das dreht sich dort auch so schnell, dass es in der Rotation von der Kaskade abhebt und wegfliegt.

Segnerrad aus Draht

Gelingt mir das bei 18 kV?
Finde ich ein geeignetes Lager?

Mit ausreichend viel Spannung bekommt man ja ziemlich viel zum Fliegen und Rotieren. Aber bei nur maximal 18 kV wird man erheblich subtiler zu Werk gehen müssen.

Segnerrad auf dem "Zauberring"

Ich nutze den "Zauberring" aus dem "Elektro-Zauber", setzte oben die hohle Kugel mit Stab ein und schiebe von unten durch die zentrale Längsbohrung des isolierende Stäbchen einen Draht hindurch, der oben aus der hohlen Kugel hervorkommt und umgebogen sich dort hält und (wichtig) die Kugel auch kontaktiert. Unten wird dann mit Krokoklemme das +18-kV-Kabel angeschlossen (Minus liegt an Erde).

Gefühlsmässig sieht das nicht gut aus. Die Reibung dürfte zu gross sein, das "Segnerrad" aus Draht dürfte sich auch hier oben in der recht weiten Öffnung der hohlen Kugel mit dem Draht, der von unten die 18 kV innen hochführt, stibbeln, vielleicht kippen, und noch tiefer ins Loch rutschen oder / und taumeln. Ich habe also große Bedenken.

Ich könnte aus dem Radio + Elektronik A ein überzähliges Galvanometer nehmen, die Lagernadel für die Magnetnadel heraus präparieren und das "Segnerrad" aus Draht auf die Magnetnadel kleben. Ohne Not wertvolle Ressourcen verbrauchen oder gar vernichten, widerstrebt mir. Dieser Gedanke bleibt im Hintergrund.

Anleitung zum Biegen

Das "Segnerrad" aus Draht sikk zunächst aus zwei Armen bestehen. Es muss ausbalanziert sein, die radialen Abschnitte und die tangentialen. Das senkrechte axiale Teil, welches in die Lagerbohrung gesteckt wird (der Schaft), sollte geringste Reibung verurschen. Meine Bauanleitung ist so, und wird bei allen Rädern dieser Nacht auch eingesetzt.

Ein mehr als doppelt so langes Stück Draht (0,5 mm dick, aus dem "Elektro-Zauber", mehr als doppelt so lang wie die "Flügelspannweite" später sein soll) wird in der Hälfte gefaltet und zusammen gelegt, die eng beieinander liegenden Drahthälften, immer am Stück, werden nach ca. 1 cm rechtwinklig abgebogen, jetzt sind wir in den Rotorblättern, ca. 2 cm vor dem Ende nochmals ein Knick um 90°, aber nicht nur senkrecht zum Rotorarm, sondern gleichzeitig auch senkrecht zum Schaft (der ins Lager gesteckt wird) umgebogen. Jetzt wird das Gebilde mit der Zange am Schaft gepackt. Am Knick trenne ich die beiden Drahthälften und biege sie 180° weit auseinander, sie sind jetzt in einer Linie. Nur drehen würde sich das Teil nicht, da die Endstücke gegenläufig sind. An einem der Rotoren, wieder mit Zange gepackt, verdrehe ich das Endsteck um 180° auf seine ander Seite. Jetzt ist das Teil fertig, ausbalanziert per Konstruktion und mit Endestücken, die alle am selben Strang ziehen, beziehungsweise in derselben Richtung drehen werden bzw. sollen.

Probelauf #1

Das zweiarmige Drahtgebilde wird in die zu weite Öffnung der hohlen Kugel gesteckt. Es ist schwierig, es kippt immer zur Seite und ist dann schräg. Dann steht es stabil und richtig. Schnell lege ich die18 kV an: nichts. Ich schiebe das "Zweiarmige". Träge setzt es sich in Bewegung, 1/8 Umdrehung, dann kippt es und Versuch #1 ist beendet.

Erwartungsgemäß, denn ...

Das Lager ist Murks

Ich befrage meine beiden Kruschtkisten ("rund" und "eckig") und erhalte aus Antwort: ein schmales Kopfschmerzetablettenröhrchen wäre die Lösung, weil aus Metall, benötige ich keinen Draht. Es könnte sofort kontaktiert werden und würde sogar aufrecht stehen. Nachteilig an dieser Idee ist nur, alle Tablettenröhrchen in "rund" sind aus Kunststoff :-(

Wie könnte die alternative Lösung aussehen. Diese Fragen wird dem Grossrechner vorgetragen. Dessen Synapsen fangen an zu "feuern" (bio-chemisch): "lang, metallisch, axiale Bohrung ..." . Ein Piep kündigt das Ergebnis an. Mann versammelt sich und hört die Antwort: "42". Wer das kennt, wird schmunzeln. Wer nicht, der kann sofort weiterlesen, die Lösung lautet ...

Messing-Röhrchen

... Messing-Röhrchen, die liegen auf dem Boden der Küche im "Stangenlager", ein Überbleibsel vom Modell-Dampfmaschinenbau, für Dampfleitungen (Hartlöten, Biegen mit Sand gefüllt, kein Welli-Sand, wegen der Steinchen, Muskelmagen, wir brauchen keine Steinchen schlucken, dafür müssen wir eine Etage höher gut durchkauen ... OK !

Mir liegen vor Ms-Röhrchen mit Dm von 4 mm und von 5 mm, die 4-mm-Röhrchen passen in die 5-mm-Röhrchen. Toll, wie die Welle im Stevenrohr. Noch ist es nicht 22:00 Uhr (Mietvertrag, Ruhezeit), sofort wird das Material eingespannt und zwei unterschiedliche lange Stückchen zugesägt.

Zurück am Campingtisch wird das 5-mm-Röhrchen mit 00-Papier eingewickelt (das gelbe, für Not-Lesezeichen) und in die große Bohrung oben in der hohlen Kugel eingepresst. Das dünnere 4-mm-Röhrchen fällt leicht hinein, steht senkrecht und gut geführt aufrecht. Das neue Lager ist einsatzbereit.

Probelauf #2 - "und es dreht sich doch"

Das zweiarmige "Segnerrad", aus 0,5 mm dickem Draht gebogen, mit Spannweite 50 mm fällt leicht ins 4-mm-Röhrchen hinein. Dessen Wandstärke oben ist zu einer scharfkantigen Schneide zugefeilt, auf dieser liegt das "Segnerrad" mit geringst möglicher Reibung und wartet. Ich auch.

Die Spannung wird hochgedreht und steigt. Meine interne auch. Und, bei 18 kV noch stille liegend, leicht angestoßen, beginnt sich erstmals zu drehen, sehr langsam, aber es dreht sich ... endlich ... ohne zu stoppen. Schön :-) Damit hatte ich nicht gerechnet.

Probelauf #3 - und sogar noch schneller

Jetzt beginnt die Gigantomanie: Spannweite 180 mm. Bereits bei 8 kV läuft das "Segnerrad" selbständig an. Sehr gut! Dieser Versuch kommt in die "Charts". Von oben sieht das wie ein sich drehender Hubschrauberrotor aus. Mit höherer Spannung erhöht sich die Drehzahl nur langsam. Klar, mit zunehmder Drehzahl erhöht sich ja der Luftwiderstand, mit immer höherer Potenz. Schneller als mit 15 kV geht es nicht, am "Rädchen" lässt sich eine höherer Spannung nicht erreichen (gemessen durchs parallele Elektrometer).

Segnerrad als Motor

Ist das der Spannungsabfall am 2.200 Megaohm Widerstand in der Spannungszuführung? Ich schliesse den Widerstand kurz, aber es bleibt bei den maximalen 15 kV. Als Erklärung bietet sich nur an, dass die maximale Stromstärke vom Netzteil erreicht ist, die bei unter 0,5 mA liegt.

P = U x I = 0,5 mA x 15 kV = 0,5 A x 15 V = 7,5 W

Betrachtet man das "Segnerrad" als "elektrostatischen Motor", wobei 0,5 mA ja keinesfalls elektrostatisch sind, dann hätte dieser Motor im mom eine Leistungsaufnahme von 7,5 W. Hätte nicht gedacht, jemals solch einen Versuch mit solch einer Berechnung durchführen zu können.

* neues "Segnerrad" bauen und die Stromstärke mit analogem Vielfach-Messinstrument messen. Die Spannung kann ich leider nicht messen, denn der 1:1000-Tastkopf hat selber einen hohen Stromverbrauch, das würde extrem verfälschen. Oder es wäre die Leistungsaufnahme nur in einer solchen Messschaltung.

Drehzahlregelung beim "Segner-Motor"

Das müsste ja "Drehzahlsteuerung" heissen, weil es ja keine Regelung gibt. Egal, Veränderung der Drehzahl heisst das Thema. Ich nähere der Nabe des "Segnerrad" von oben den 87-MOhm-Entladungswiderstand, und es setzt (zusetzlich zu den Entladungen an beiden Spitzen des Rads) auch Koronaentladung hier oben über der und die Nabe ein. Sofort sinkt die Spannung, zusätzlicher Strom über den Innenwiderstand und den 2,2-GOhm-Schutzwiderstand führt zu zusätzlichem Spannungsabfall in der Speiseleitung. Und die Drehzahl sinkt.

Nehme die Spitze weg, die Spannung steigt jetzt auf 18 kV. Das wäre dann eine Leistungsaufnahme von 9 W [0,5 x 18 = 9].

Auslaufverhalten

Das Netzteil wird ausgeschaltet. Der Antriebstrom wird jetzt nur noch vom internen Kondensator des 18-kV-Netzteils geliefert, dessen Kapazität beträgt 564 pF. Der Auslauf bis zum Stillstand nimmt 1 Minute in Anspruch. Nach dem Eintreten des Stillstands beträgt die Spannung ca. 8 kV. Das ist die Spannung, bei welcher das "Segnerrad" auch angelaufen war.

Wären dem internen C von 564 pF noch die 2 nF des externen Kondensators parallel geschaltet, dann würde in erster Näherung der Stillstand erst in 4,5 Minuten stattfinden. So lange habe ich jetzt aber keine Zeit.

Probelauf #4 - vierarmig

Gebaut werden zwei einzelne zwei-armige "Segnerrädchen (SR)" mit Spannweite von 75 mm. Damit versuche ich den Einfluss des Luftwiderstandes zu umgehen. Das SR soll schneller werden.

Ein einzelnes zwei-armiges SR läuft nicht an. Ich lege nun das zweite 2-armige SR um 90° versetzt auf das erste. So aber behindertn sich die beiden SR gegenseitig, da sie sich gegeneinander verdrehen. Sie müssten also verbunden werden. Eine Verbindung (z. B. Löten) würde zusätzliches Gewicht zur Folge haben und somit höhere Reibung, das geht nicht. Dieses Konstruktionsprinzip funktioniert also nicht. Der Versuch ist beendet.

Probelauf #5 - klotzen, nicht kleckern

Spannweite 255 mm und zweiarmig, ein einzelner "Zweiarmiger". Er läuft bereits bei 7 kV an und erreicht nur eine [u]niedrige Drehzahl[/u], zudem beginnt er sofort an zu taumeln. Als Ursache sehe ich die nicht exakte Ausbalanzierung (die vermutlich bei größerer Spannweite kritischer wird, nicht mechanisch sondern fertigungstechnisch ?). Hier würde ein perfektes Lager helfen, aber Öl will ich nicht nutzen, weil das ja isoliert. Das könnte stören. Und verölte Ms-Röhrchen mag ich nicht.

Verbesserungen könnten sein: ein "Nadellager" aus einer Nähnadel, Korken als Nabe, der müsste aber mit Graphitspray leitfähig werden, Lagerung der Nadelspitze auf einer Cu-kaschierten Platine (der Lötlack würde bei 8 kV sicher überwunden werden, besser wäre es natürlich ohne Lackschicht).

So ein kleines aber leistungsfähiges (ich definiere hier Leistung als hohe Drehzahl) "Segnerrädchen" stellt wirklich eine Herausforderung im High-Tech-Leichtbau dar. Da ist fremde Expertise erforderlich, mir reicht, dass sie sich drehen, die Rädchen, teilweise so schnell, dass die rotierenden Drähte nur noch als verwaschener Schimmer zu erkennen sind.

Ausgeschaltet bleibt das 255-mm-Rad nach 25 Sekunden bei 10 kV stehen.

Probelauf #6 - dickerer Draht

Draht mit 1 mm Durchmesser, Spannweite 165 mm. Läuft bei 18 kV erst nach einem kleinen Schubs an und kommt nur sehr langsam auf Touren. Ein größere Masse, ein größeres Trägheitsmoment ist zu "überwinden". Auch die Reibungskraft (-moment) dürfte als Folge des höheren Gewichts nicht kleiner geworden sein. Das verwundert daher nicht.

Höchstdrehzahl ca. 1 Umdrehung / min. Das "Segnerrad" taumelt überhaupt nicht. Es liess sich auch viel leichter als die Rädchen aus dem dünneren Draht exakt biegen. Der Stillstand wird nach Abschalten der Spannung bereits nach 10 Sekunden bei 15 kV erreicht. Man sieht, das erreichbare Optimum ist längs überschritten ...

Optimum

Das erreichbare Optimum bei meiner Versuchsreihe lag bei (bzw. in der Nähe von) 2-armig, Spannweite 180 mm, ergab höchste Drehzahl mit Selbstanlauf bei niedrigster Spannung (7 kV).

Mich würden Anregungen zur Konstruktion brennend interessieren. Es wäre auch schön, wenn andere Leser hier selber zu basteln anfängen und wir uns austauschen könnten. Jedenfalls liegt hier ein "Versuch" vor, der Hochspannung mit Dynamik (Hochspannungsmotor) und viel Raum zum Experimentieren und Ausprobieren bietet.

Gruß
Hans-Günter
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neues Lager fürs Segnerrad

Ungelesener Beitragvon hgd » 29. Nov 2013, 14:04

Elektrostatik (10)
Neues Lager fürs Segnerrad

29.11.2013


Hallo Liste,

3 Probleme ...

neulich hatte ich von Versuchen mit mehreren bei 18 kV (teilweise bereits unterhalb von 8 kV selbstanlaufenden) Segnerschen Rädern (aus dünnem Draht zurecht gebogen) berichtet. Die größten mechanische Probleme sind (a) Führung der Nabe des Segnerrads und (b) Lagerung des Segnerrads. Beide müssen möglichst reibungsarm konstruiert sein. Hinzu kommt als (c) die Stromzuführung unter Hochspannung zum Segnerrad.

Blick in Kruschtkiste "Trix"

Zwischenzeitlich hatte ich Kompassnadel (im Galvanometer von R + E) und deren Lagerung fabuliert, für mich selber das aber nicht in Betracht gezogen. Also war mal wieder ein "Spaziergung" durch meine Wertstoffbestände in der Küche erforderlich.

Im Alter von <10 Jahren hatten mir die Eltern einen Metallbaukasten Trix geschenkt. Ich fing alsbald fleissig an zu schrauben. Aus dieser Zeit rührt meine innige Beziehung zu M3-Schrauben und Muttern aus Ms her. Eine Folgepackung war dann schon "elektrisch". Damit wurde ein Wagnerscher Hammer und eine Elektrisiergerät gebaut. Damit trat auch die 4,5-Volt-Flachbatterie in mein Leben und der "Zungentest". Der "Geschmack von 4,5 V" ist immer noch deutlich in Erinnerung, erst kürzlich hatte ich wieder einmal an einer 4,5-V-Batterie genascht.

Es kamen weitere Kästen mit Vollgummireifen und einem Gleichstrom-Motor mit rotem Hufeisenmagnet. Den habe ich immer noch. Seit einigen Jahrzehnten ist er zu einer Modelldampfmaschine montiert und treibt Blechspielzeug an, wenn der Heizer mal in Erholungsurlaub ist. Geheizt wird standesgemäss und nostalgisch korrekt immer noch mit Esbit (auch so ein starker Geruch, genascht habe ich daran aber nicht).

Die Menge der Teile wurden so gross, dass als Akt kompetenter Selbtsorganisation ein Holzkasten beschafft wurde. Auch den habe ich heute noch, dient als Kleinteilemagazin für Schrauben, besonders die großen, Motärchen, Achsen und Wellen. Das war meine allererste Kruschtkiste, lange bevor ich diesen schwäbischen Spezialausdruck im Ländle kennen und schätzen lernte.

Da meine Materialsuche in Kruschtkiste "rund" und "eckig" kein Ergebnis brachte (alles war aus Kunststoff und somit Problem (c) - die Leitfähigkeit - nicht lösbar), holte ich auch einmal den alten Trix-Holzkasten ganz unten aus meiner Werkbank hervor.

Unten versteckte sich eine Kugelschreibermine

Klappe auf und ein suchender Blick schweifte über seine Fächer. Plastikschachteln wurden angehoben. Und auf einmal stockte mein Blick: Ms-Röhrchen. Und ... eines hatte eine konische Spitze unten, eine leere Kugelschreibermine! Das war es, die Lösung für Problem (b): eine Kugel als Lager. Auch wenn sie verharzt, verklebt sein sollte, ist die Berührungsfläche eines so winzig kleinen Kügelchens erheblich geringer, als was ich sonst so schnell auf die Füße (die Spitze) stellen könnte.

Und damit war alles klar, und heute kurz nach dem Frühstück, Stichsägengedröhne und Schlagbohrergekreische hatten mich heute wieder einmal vor meiner Weckzeit bewogen, den Tag früher als beabsichtigt zu beginnen. Zum Steigern des Wohlgefühls kam diese Bastelarbeit gerade recht.

Alternativer Lösungsvorschlag

Die Kugelschreibermine kommt in ein Plastikröhrchen, damit die sie als Nabe des Segnerrads mit diesem nicht umfällt. Damit dieses Röhrchen auch nicht umkippt, wird es in einen Fuss gestellt. Dazu dient eine leere Tesafilmrolle (aus Kruschtkiste "rund"). Das Plastikröhrchen wird mit Balsaholzleisten in dieser Rolle "verkeilt" und mit Ponal verklebt.

Wenn das getrocknet ist, wird es auf die Kreisplatte aus dem KOSMOS "Elektro-Zauber" gestellt. Dieses steckt bereits in der oberen Öffnung des "Zauberrings". Dann kommt die Kugelschreibermine als Nabe des und mit dem Segnerrad (eingedrückt, eingeklebt, egal wie) bestückt in diese Vorrichtung. Zwischen der Unterseite der Kreisplatte (für Kondensator- und Lumiphor-Versuche aus Metall) und dem isolierenden Griff hatte ich eine Lötöse eingefügt. Das ist der Stromanschluss für die +18 kV. Damit ist dann auch Problem (c) gelöst.

Eine grobe, freihändige Skizze hänge ich gleich noch an.

"Auf der Schlusslinie"

... wünsche ich allen Nachbauern und Konstruktieren mit weiteren Ideen viel Erfolg. Bin wieder einmal gespannt, ob sich meine Rädchen mit dem neuen Lager drehen werden.

Gruß
Hans-Günter
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Segnerrad aus Draht - Video

Ungelesener Beitragvon hgd » 29. Nov 2013, 21:28

Hallo Liste,

bereits erwähnt, aber erst jetzt die URL wiedergefunden ...

Hochspannung Teil 3: Jetzt wird richtig aufgedreht ...
https://www.youtube.com/watch?v=ptxtwq4FbqQ

(beim Segnerrad wird korrekt von der Hochspannungskaskade bzw. dem Segnerrad als Ionenwindgenerator gesprochen und nicht inkorrekt vom Elektronenwindgenerator).

Vom selben Autor gibt es noch die "Hochspannung Teil 1" und die "Hochspannung Teil 2".

Gruß
Hans-Günter
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Küchenwaage und Wohnungstürklingel

Ungelesener Beitragvon hgd » 4. Dez 2013, 00:07

Elektrostatik (11)
Klangobjekte diesmal ortsfest -
Küchenwaage und Wohnungstürklingel


Hallo Liste,

01.12.2013

Das "Klappern" stört !

Das Klingeln der kleinen Glöckchen und der kleinen Schelle aus der Zoo-Handlung im Kondensator des "Zauberrings", zwischen dessen Kreisplatten hin und her pendelnd, war bisher immer durch das klappernde Geräusch beim Aufschlagen auf die Kondensatorplatten beeinträchtigt worden. Dieses "Klappern" war häufig lauter als das "zaghafte" Klingen der Glöckchen gewesen.

Paradigmenwechsel

So kam ich auf die Idee, als Kondensatorplatten keine Blechplatte mehr zu verwenden, sondern an deren Stelle das wohlklingende Objekt. Es sollte nicht mehr hin und her pendeln, sondern ortfest sein und vom HV-Netzteil direkt gespeist werden. Stattdessen würde ein kleineres Objekt, isoliert aufgehangen, zwischen dem "Klangobjekt" und einer "Gegenplatte" pendeln und das "Klangobjekt" anschlagen. Vielleicht könnte die "Gegenplatte" ein weiteres "Klangobjekt" sein.

Als "Klangobjekt" hatte ich zwei Teile bzw. Gerätschaften im Auge. Beides sind Klangschalen, die einen wirklich "guten Sound" aufweisen.

Klangschale #1 - Küchenwaage

Als erste Klangschale wird die Blechschale meiner Küchenwaage benutzt, welche ich dazu nutze, um zwischen dem Gewicht für Maxibrief und Großbrief zu unterscheiden (500 Gramm). Diese Blechschale fällt zudem dem Elektrostatiker auf, weil sie sehr stark glänzt, hochpoliert ist. Allerdings muss sie zum Klingen exakt in der Mitte unterstützt werden. Sie soll ja frei und unbedämpft schwingen. Und auch elektrisch sind Anforderungen zu erfüllen: das Anklemmen einer Krokodilklemme am Rand wäre elektrostatisch zwar optimal, aber akustische äußerst kontraproduktiv. Es fehlt ihr also ein Loch, um sie mit einem Gewindestift zentral zu tragen und sie mit dem Minuspol (Erde) des 18-kV-Netzteils zu verbinden.

Ich bohre also ein 3-mm-Loch durch die Mitte und befestige die Klangschale auf einer M3-Gewindestange. Damit habe ich es auch in der Hand, sie auf verschiedene Höhe zu bringen, den passenden Aufschlagpunkt fürs Pendel einzustellen und erforderliche Feinjustierungen durch zu führen. Die Gewindestange wird wie üblich in einer Schraubzwinge eingespannt und das Konstrukt so an einer Seite des Galgens aufgestellt.

Beim mechanischen Test klingt sie ausgesprochen melodisch und vor allem laut.

Als Gegenplatte (als Anode) dient eine Cu-kaschierte Platine, die mit Paketband an eine kleine Schachtel festgeklebt wird. Der Schachtel widerfährt dasselbe Schicksal: nun pappt sie an der anderen Seite des Galgens, an dessen rechter Tragesäule aus PVC-Rohr. Auch hier Anschluss mittels Krokoklemme, hier aber den die +18-kV-Schaltung (zwei Kugelkondensatoren, 2,2-GOhm-Widerstand, zur Schonung des Netzteils.

Als Pendel dient das kleine Glöckchen mit einer Stöppselkette am Galgen oben befestigt (über Klemmen in der Höhe einstellbar).

Die Klangschale (Küchenwaage) wird vom Pendel auf kurze Entfernung angeschlagen. Die Pappschachtel auf der Gegenseite erweist sich als Resonanzboden. Aber sein Klang stört nicht. Die Instrumentierung dieses Versuchs erinnert ein wenig an Carl Orff's Carmina Burana.

Dann stelle ich fest, ich: Fehler! Das Pendel ist an 18 kV angeschlossen, nicht die Cu-Platine auf der Pappschachtel. Das funktioniert aber auch, auch so ist Elektrostatik die Quelle der anhaltenden Pendelbewegung.

Also Umbau auf offener Bühne. Endlich ist alles wie es sein soll: Klangschale an Masse und die Platine an der Pappschachtel auf +18 kV. Der Versuch kann erneut beginnen. Aber nun springen kräftige laute helle Funken über, zwischen Klangschale und Pendel und zwischen Pendel und Cu-Platine auf der Pappschachtel. Warum funkt es jetzt? Und warum hat es eben nicht gefunkt?

Mir wird klar, das Pendel eben war durch die leitende Stöppselkette angetrieben worden. Das Glöckchen am unteren Pendelende hing an einem kurzen Stück Kunststofffaden. Ansonsten wäre die fehlerhafte Einspeisen schon zuvor aufgefallen.

Und warum funkt es den jetzt so kräftig? Spielt die Kapazität der Klangschale eine Rolle? Sie ist doch Teil eines Kondensators eher geringerer Kapazität. Und selbst wenn die Überschläge der beiden Seiten gleichzeitig stattfänden, wäre die Summer der Teilschlagweiten doch so groß, dass ich nie mit einem Überschlag rechnen würde. Und der scharfe äußerer Rand der Klangschale kann auch nicht bei der Erklärung helfen. Gäbe es Entladungen, dann doch Koronaentladungen (Büschelentladungen) am Rand. Und die andere Seite, vor der ausgedehnten planaren Cu-Platine kommt eh nicht infrage.

Reduzierung der Spannung ... und noch einmal hoch auf 18 kV

Ich verstehe das nicht. Aber um die lästigen weil lauten Überschläge los zu werden, reduziere ich die Spannung von 18 kV auf 15 kV, so bleiben mir die hellen kräftigen lauten Funken erspart.

Nun rücke ich die Klangschale etwas weiter weg, jetzt schläckt das Glöckchen aber sehr laut auf die Cu-Platine (mit ihrem Resonanzboden) auf.

Bei 8 kV findet nur noch Pendeln statt (ohne Berührungen auf beiden Seiten ?). Aber Bruzzeln ist weiterhin zu hören. Nun die "Schlafende weg" (ein Filmzitat), ich meine: die Spannung am 18-kV-Netzteil auf 0 gedreht.

Bei 7 kV bleibt das Pendel schließlich stehen. Um diese Spannungen genauer zu bestimmen, müssten sie mit dem 40-kV-Tastkopf gemessen werden. Das wäre kein Problem, ist hier aber nicht erforderlich. Bei zukünftigen Versuchen wird das allerdings der Fall sein.

Vergrößere den Abstand zwischen Klangschale nochmals auf jetzt 60 mm. Bei 18 kV muss das Pendel (Glöckchen) mit dem Lineal zur Klangschale geführt werden, alleine schafft es das nicht mehr. Das Ausbleiben von Funken und ein jetzt sehr lautes, aber reines Klingen der Klangschale (bei mittelstarkem Klopfen von der anderen Seite wie zuvor) sind der Lohn dieser Variante.

Klangschale #2 - elektrische Wohnungstürklingel

Als zweite Klangschale kommt jetzt die Glocke der alten Wohnungstürschelle auf den Campingtisch. Um Zeit zu sparen bleibt dort alles am Stück, nur die Abdeckung hatte ich bereits vor Monaten abgenommen. Das Teil ist historisch, sieht auch so aus. Stammt aus den 50ern. Auch wenn es physikalisch-elektrotechnisch nicht viel her gibt, bleibt es in der Sammlung. Bei Bedarf liesse sich die Glocke leicht abschrauben, sie hat ja von zuhause aus bereits eine Bohrung.

Im Versuchsaufbau ersetzt sie die "Cu-Platine mit Resonanzboden" als Kondensator"platte". Bereits bei 4 kV schwingt das Pendel (Glöckchen) selbstätig an. Diese Wohnungstürklingel hat wirklich einen beinahe tiefen, satten Klang. Sie ist zwar kleiner als der Küchenwaagenaufstatz, aber dafür aus sehr stabilem weil dickem Blech. Bis jetzt ist dieses Teil das beste "Klangobjekt", das ich je bei den E-technischen Versuchen hatte.

Bei 4 kV setzeh wieder Entladungen ein, allerdings nur hörbare, keine sichtbaren.

Aufräumen und Elektromann

Die Klangschale #1 setze ich zurück auf die Küchenwaage zum Briefewiegen.

Die Wohnungstürschelle wird dem Elektrostatik-Ensemble einverleibt, weil sie so schön klingt und so praktisch klein ist. Erst jetzt fällt mir ein, dass ja auch im Elektromann eine Schelle ist. Damit liesse sich ein richtiges Duo organisieren. Vielleicht verfügen beide über ähnliche Resonanzfrequenz. Vielleicht später mal.

Es gibt so viele Parameter, an denen gedreht werden könnte, und sei es nur zum Optimieren bereits beobachteter Effekte. Die Flut an Möglichkeiten ist viel zu gross, sodass ich mich mit einem Ruck losreissen muss. Aber es war ganz nett heute. Und der Elektromann ist jetzt auch wieder auf "dem Schirm". Vielleicht sollte ich mal in ihn hineinschauen (und nicht immer nur in meine drei Kruschtkisten), um mich inspirieren zu lassen ...

Gruß
Hans-Günter
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Roter Isolator und altes Elektrometer

Ungelesener Beitragvon hgd » 4. Dez 2013, 16:52

Elektrostatik (12)
Roter Isolator und altes Elektrometer

01.12.2013


Hallo Liste,

Roter Isolator

In der Hochspannungstechnik werden Isolatoren, die etwas hoch über der Erde halten, Stützer genannt.

Ich hatte zu Beginn mal eine Reihe roter Kunststoffisolatoren mit Schraubgewinde unten und Schraubbolzen oben gekauft. Die kann ich bei Bedarf kaskadieren. Sie helfen mir, Platinen und Platten waagerecht auf dem Tisch zu lagern und ohne Kippen diese mit Krokodilklemmen anzuschliessen. Geradezu unverzichtbar sind sie, wenn die waagerechten Platten gegenüber Masse "hochgelelegt" werden müssen, also z. B. an +18 kV angeschlossen werden müssen.

Bereits bei dem Pendelversuch mit der volltönenden alten Wohnungstürklingel, waren vier Stück dieser "Stützer" zum Einsatz gekommen. Auf ihnen lag eine Platine mit ihrer Cu-kaschierten Seite nach oben, und darauf kam dann die Klingel. Die Platine war an +18 kV angeschlossen.

Für die roten Kunststoffisolatoren hatte es vom Verkäufer keinerlei Informationen zur Spannungsfestikeit gegeben. Auch gab es keinen eindeutigen Hinweis, ob diese Isolatoren an Gleich- oder an Wechselspannung eingesetzt wurden. Ich wollte jetzt einmal messen, ob sie zumindest eine Zeitlang mit den 18 kV aus dem 18-kV-Gleichspannungs-Netzteil zurecht kamen, insbesondere ob Gleitentladungen über die Oberfläche ausblieben.

Ich lege also einen der roten Kunststoffisolatoren auf die Cu-Seiter einer Platine, die sich auf dem Tisch befindet und an Masse des HV-Netzteils angeschlossen ist. Den oberen Schraubbolzen des roten Isolators verbinde ich (wie üblich) über einen 2,2 Gigaohm Schutzwiderstand mit +18 kV.

Beim Anlegen der Hochspannung zirpt es zunächst leise unter dem Isolator, vermutlich lädt sich der "Kondensator" mit dem Lötlack als Dielektrikum auf und schlägt leise vor sich hin durch. Kurz danach ist auch Ruhe. Gleitenltadungen am Roten treten nicht auf. Ich höre auch keinerlei Geräusche. Das sieht also gut aus.

Jetzt wird es aber noch ernster: die Spannung des NT wird auf 0 gedreht und der Auschlag am Elektrometer beobachtet ...

0:20:30 18 kV
0:22:00 15 kV

Der Isolator entlädt sich also mit nicht mehr als ca. 3 kV innerhalb von 1 1/2 Minuten. Das ist für mich OK. Permanent würde ich die roten Kunststoffisolatoren aber nicht an Gleichspannung einsetzen.

Wie sie sieht es aber mit der Aufladung an der Oberfläche aus? Nach der Entladung des Kondensators im NT und in der Beschaltung über meinen 87-MOhm-Entladungs-Widerstand ist an seinen Anschlüssen und auf seiner Oberfläche nichts mehr festzustellen. Zumindest bei den Experimenten <= 18 kV ist er "zugelassen", und seine Kumpanen auch.

Altes Elektrometer

Dieses Teil stammt aus der DDR und war als "Sammlerstück" angebogen. Der Elektroskop-Zeiger befindet sich mit hängendem Zeigerhalter in einem geschlossenen runden Gehäuse, gebildet aus einem zusammen gebogenen breiten Metallband. An dessen obersten Stelle hängt innen der Zeigerhalter mit isolierter Durchführung. Auf dem Potenzial des Blechs befindet sich ein drehbarer Drahtbügel, vermutlich um den sehr empfindlichen Zeiger (keine spürbaren Reibungsverluste) in seiner Nullstellung schnell zur Ruhe zu bringen. Die Öffungen nach vorne und hinten sind mit Glasscheiben verschlossen. Die hintere ist opak und trägt eine Skala ohne Beschriftung.

Ich merke die Reibungsfreiheit beim Anlegen von zunächst 5 kV: sofort bewegt er sich, der Zeiger. Gleichzeitig aber wird ein Sirren im Gehäuse hörbar. Das parallel geschaltete Elektrometer zeigt nicht mehr als 7 kV an, und das selbst bei einer Spannungseinstellung von 18 kV am HV-Netzteil. Oh je! Der Zeiger vom "Sammlerstück" kommt auch über 4 1/2 Skalenteile nicht hinaus.

Mir erscheint die Schlagweite an der Spannungsdurchführung und der Abstand zwischen der Spitze des "Beruhigungshebels" in der am weitesten vom Zeiger möglichen Stellung als viel zu gering für 18 kV. Deshalb das Sirren und die permante Koronaentladung. Das Teil scheint für meine Versuche ungeeignet zu sein.

Jetzt will es aber genau wissen und hänge den 40-kV-Tastkopf parallel zum Prüfling ...

1. Strich Ruhelage
2. Strich 1,1 kV
3. Strich 2,0 kV
4. Strich 3,0 kV

Mehr als 4,3 kV (in der "18-kV-Stellung des Spannungsdrehknopfs vom HV-NT) sind unerreichbar, wegen dem Messgerät! So geht das aber nicht.

Nun wird das "Sammlerstück" flach auf die isolierte Tischplatte gelegt, bestimmt keine Betriebsstellung ...

liegt am Halter an Ruhelage
2. Strich 0,75 kV
3. Strich ~1,0 kV
4. Strich 1,5 kV
5. Strich 1,7 k'V

Klar, das ist auch nur Murks, denn hinter dieser Position kommt der Zeiger in Fahr und läuft bis zum Anschlag und kommt nicht mehr zurück (Mechanik).

Für einen Messeinsatz ungeignet, höchstens fürs Bücherregal neben "Lurchis Abenteuer" oder so.

Meine Vorstellungen gehen im mom dahin, den Zeigerhalter mit Zeiger auszubauen (das Teil also auszuschlachten) und Zeiger mit Halter ohne Gehäuse in einen Rahmen aufzuhängen. Bei dieser Konstruktion ist es ein leichtes, eine minmale Schlagweite von mehreren cm bereit zu stellen. Die Scheibe mit der Strichskala könnte ich auch noch dort ankleben.

Gruss
Hans-Günter
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Hydraulische Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 5. Dez 2013, 00:57

Elektrostatik (13)
Hydraulische Elektrostatik

03.12.2013


Hallo Liste,

die subj-Zeile klingt seltsam, aber es geht heute um elektrostatische Versuche mit Wasser, aber nicht zum ersten Mal. Berichtet wurde bereits über die Ablenkung eines Wasserstrahls durch einen mittels Reibung aufgeladenen Kunststoffstab.

Anregung

Die Anregung für diesen Versuch erhielt ich durch die Aussage, Wassertröpfchen unter dem Einfluss Hochspannungs-Gleichspannungsfeldes würden ihre Gestalt ändern. Dies wäre nicht überraschend, ist doch Wasser mit einer relativen Dielektrizitätszahl von ~81 ein sehr polares, ladungsmässig asymmetrisches Molekül.

Wie verhält sich Wasser bei 15 kV und 16 2/3 Hz?

Das hatte ich auch bereits einmal erzählt. Am Wochenende der Fahrzeugparade zu "150 Jahre Eisenbahnen in Deutschland" 1985 war es nebelig bei hoher Luffeuchtigkeit. Der Rauch aus den Kaminen der Dampfloks kondensierte prächtig aus und befand sich dabei im 16 2/3 Hz Wechselfeld zwischen Fahrdraht (15 kV Einphasenwechselspannung) und geerdeter Fahrzeugoberfläche. Auf einmal sah ich die großen Dampfwolken, welche aus dem Kamin quollen, wackeln und zitterten. Die Frequenz des Fahrdrahts ist derart niedrig, dass dies Schwarmbewegung der Nebeltröpfchen von den Augen noch wahrgenommen werden kann. Wenn man "Augen" für sein physikalisches Umfeld hat.

Funken mögen keine Wassertröpfchen

Für diesen Versuch hatte ich extra einen Wassersprüher gekauft. Jetzt erweist sich das Badezimmer als geeignetes Labor. Über der Badewanne wird die Cu-Seite einer Platine mit kleinen Tröpfchen besprüht. Bei 18 kV stellt sich die maximale Schlagweite über den Wassertröpfchen als deutlich geringer heraus, als dicht daneben und als sonst üblich. Die positive Spitzenelektrode ("Anodenspitze") dicht über ein Tröpfchen gehalten bewirkt bei Annäherung Funken, die außerhalb des Tröpfchens ihren Weg zur Cu-Platte finden. Oder die Funken schlagen oben auf die Wassertröpfchen auf, dringen aber nicht in dessen Inners. Stattdessen laufen sie als ringsum verteilte Gleitentladungen über die Oberfläche der Tröpfchen zur Cu-Platte hinunter, die auf Erdpotenzial liegt.

Die Platine wird erneut eingenebelt, diesmal so, dass sich möglichst kleine Wassertröpfchen auf ihrer Cu-Seite absetzen. Die Funken dringen auch jetzt niemals in die Tropfen ein, sondern laufen entlang der Oberflächen in Richtung Platine.

Eine Veränderung des Aussehens der Tröpfchen ist nicht feststellbar. (keine Elongation in Richtung der Anodenspitze (prolat), keine Verbreiterung (oblat), kein Zerplatzen, kein Weglaufen oder sich Annähern, nichts). Ich vermute, dass die Höhe der Spannung (18 kV) bzw. auch die Höhe der Vergrößerung (1x) für solche Effekte einfach nicht ausreichen. Welche das dann sein würden, habe ich mir nicht gemerkt.

Aber die Funken sehen anders aus, wie drei bis vierbeinige Monster aus dem Film "Krieg der Welten". So etwas hatte ich noch nicht gesehen.

Die Platine lädt sich auf

Ohne Anschluss über die Krokodilklemme an Erdpotenzial lädt sich die Platine sofort auf, durch den Ionenwind, der von der "Anodenspitze" ausgeht, selbst wenn diese mehrere cm weit entfernt steht.

Dies fällt auf, weil beim Annähern der Krokoklemme kurze Funken von ca. 1 bis 2 mm überschlagen. Wird die "Anodenspitze" im Abstand von ca. 2 mm an eine Ecker der Platine gehalten, springen hier Funken über, und auf der Gegenseite nochmals Funken, letztere bis zu ca. 12 mm lang. Und zwar gleichzeitig.

Der Ionenwind drückt eine Delle ins Wasser

Die "Anodenspitze" in der Nähe weht ein steter auf der Hand deutlich spürbarer Wind. Daher vermute ich diesen Ionenwind als Ursache des folgenden Effekts. Wird die Elektrodenspitze (noch ohne Überschläge) über die Wasseroberfläche gehalten, stülpt sich diese nach innen ein, sie wird an dieser Stelle kreisrund eingedrückt, eine Kuhle entsteht. Kommt die "Anodenspitze" noch näher, so stülpt sich die Wasseroberfläche zurück und noch weiter, nach aussen nämlich: ein kleiner Hügel entsteht. Und in diesen schlagen dann oben auf dem Gipfel die Funken ein.

Dieses "Ein-Aus-Stülpen" ist sehr schwierig zu beobachten und gelingt nur, durch Beleuchten mit einer Taschenlampe fast parallel zur Platte. In deren Licht scheinen dann Reflexe auf, die eindeutig zu erkennen geben, ob hier ein Minikrater oder ein kleiner Berg vorliegt.

Die positive Elektrodenspitze nimmt ein Fussbad ...

Die Länge der Glimm- (?) oder/und Buschelentladungen ist über dem Wasser viel kleiner als über trockenen Flächen nebenan und dazwischen. Ich muss ganz nahe an die Grenze zwischen "kein Wasser" und "Wasser", denn nur ein winziges Stück weiter verschwinden die Büschelentladungen. Zur Beobachtung ist es hilfreich, die Beobachtung im Dunklen fortzusetzen. Die Navigation ist dann aber grottenschlecht. Ohne Feintrieb in entsprechender Mechanik geht das einfach nicht gut. Denn unversehens taucht die Elektrodenspitze ins Wasser ein und ... die Spannung bricht zusammen (Elektrometer !) ... Kurzschluss. Also leitet das Wasser. Aber nicht allzusehr, sonst würden doch die Funken hier einschlagen.

Es gibt ja den pH-Wert, bei neutralem Wasser beträgt dieser 7. Wenn ich mich richtig erinnere, dissoziiert (zerfällt) Wass teilweise zu Ionen (zu Kationen und Anionen). Und der pH-Wert macht eine Aussage zur Konzentration der Kationen, er ist der negative Logarithmus der der positiven H-Ionenkonzentration.

Vielleicht ist es dieses Sein zwischen den isolierenden Dielektrika und den Leitern, das dieses Verhalten, was ich nicht vollständig verstehe, erklärt. Darüber würde ich gerne mehr erfahren ...

... und es entsteht ein knisternder, blauer Vorhang

Zurück zur "Anodenspitze", die eben ein Fussbad genommen hat. Was nun? Einfach heraus ziehen und dabei hinschauen, denn wieder begegnen wir einem unerwarteten Effekt. Kurz nach dem Verlassen der großen Wasserpfütze (oder Wassertropfens) kommt es zu Funken, die aber keinen einzelnen fadenförmigen, wenn auch gezackten Wegen folgen, sonder sich als vielmehr in ihrem Ensemble als ein knisternder, blauer Vorhang zeigen, der ins Wasser hinein reicht. Dies kann nur im Dunklen gesehen werden. Bestimmt reicht die Entladung nicht ins Wasser hinein, ihr Bild könnte im Wasser oder/und an ihrer Oberfläche reflecktiert werden und so diesen Eindruck erzeugen. Meine Versuchstechnik, zumal im Dunklen, reicht nicht aus, genauer zu untersuchen, was dort wirklich geschieht.

Jetzt kommt die Kunststoffseite der Platine oben auf ...

... und wird über der Badewanne mittels "Sprühding" mit einer Schicht vieler Wassertröpfchen überzogen. Erwartungsgemäß finden mitten auf der Platine keine Durchschläge statt, das Trägermaterial der Platine isoliert gut. Nur über die Kanten hinweg, findet an der Oberfläche des Materials die sattsam bekannte Gleitentladung mit sehr hellen und lauten Funken um die Kante herum zum scharfen, rauen Rand der Cu-Schicht.

Im Dunkeln wird jetzt weiter beobachtet. Eigentlich erwarte ich keine neuen Erkenntnisse. Nichts dürfte auf dieser Seite überraschen, allerdings, das hatte ich zuvor schon öfters gedacht und war danach immer wieder erfreut, doch noch alles einmal zu wiederholen, wenn auch langweilig und zeitraubend.

In einem Randbereich auf oder über der Kunststoffseite zeigt sich die Koronaentladung (Büschelentladung) als blaues Büschel an der "Anodenspitze" und als "flächige" Verteilung am Cu-Rand. Nähern sich die Büschel während der bewussten Abstandsreduzierung einander an, geht das Zirpen rasch in ein "hartes" Bruzzeln über. In einem schmalen Grenzbereich des Elektrodenabstands zeigen sich schwache Funken. Noch eine Winzigkeit näher, und schon schalgen helle, laute Funken als Gleitentladung über die Kante in den Cu-Rand. Dies dürfte keine Folge der Befeuchtung sein. So ähnlich war mir das bereits mehrfach begegnet.

l Das müsste in einer präzisen Vorrichtung mit Feintrieb und mit Spannungs- und Strommessungen im Trockenen wiederholt werden. [Koronaentladung über den Rand zur Cu-Seite, weder "Spitze-Spitze" noch "Spitze-Platte".

Die Platine klappert

Auch hier zeigt sich erneut die Aufladung im starken Ionenwind vor der "Anodenspitze", wenn auch nur für kürzeste Zeit die Verbindung zum Erpotenzial fehlt. Jetzt wirkt aber auf die Kunststoffseite der Platine Influenz ein. Und die vier roten Isolatoren (Stützer) deren Schraubbolzen stellen weitere Freiheitsgrade für Phänome bereit, zumal die Platine nicht überall immer aufliegt, weil leicht gewölbt. Dies ist ein "Schmutzeffekt", und nach Anschluss der Erdklemme beginnt die Platine an, permanent und periodisch zu klappern. Das Klappern entsteht durchs Auftreffen mit größerer Kraft und Geschwindigkeit auf die Schraubbolzen der Isolatoren. Das muss wieder etwas "Elektrostatisches". Und Klappern ist nicht so nervig wie andauernd helle laute Überschläge, richt auch nicht so nach O3 und NOx.

Auch auf dieser Seite drückt der Ionenwind eine Delle ins Wasser

Das begingt bereits ab einer Entfernung der "Anodenspitze" von 3 bis 4 cm durch den Ionenwind, danach erfolgem ab ca. 4 mm Überschläge: ca. 5 mm lange Funken schlagen in die Wasserpfütze ein, diesmal kommt es nur zu sehr kurzen Gleitentladungen (Funken) über den Rand ins Cu hinein.

Es lassen sich Stellen finden, an denen sich der Einschlag ins Wasser und die Gleitentladung zum Rand gleichzeitig ereignen. Dabei ist der sehr kurze Abschnitt des Gleitentladungen auf der Stirnfläche der Platine sehr viel heller und lauter als die restlichen längeren Abschnitte des Entladungskanals. Gelegentlich sind beide Abschnitte aber auch beide gleich (und zwar sehr) hell.

Gleitentladungen vom Trockenen ins Feuchte hinein

Und dann beobachte ich auf einmal Gleitentladungen aus dem Bereocj der trockenen Oberfläche der Platinen zum Rand der Wasserpfütze hin! Es ist wieder so weit: eine folgenreiche Entdeckung. Hätte ich die Kunststoffseite nicht auch noch dem Sprühnebel (H2O) ausgesetzt wäre mir dies glatt entgangen.

Die Spitze in den trockenen Bereich gedrückt, beginnt es zu zirpen und zu knistern an. Also erneut: Licht aus.

Gewitterwolke und Blitz auf der Platine (Modell)

Die knisternden Funken erweisen sich als Gleitentladungen zwischen der aufgedrückten "Anodenspitze" und dem Wasserrand (der Pfütze). Der Entladungskanal ist unglaubliche 15 mm lang. Ähnlich einem sich verzweigenden Blitz kommen vom 1 mm hohen Wulst der Wasserpfütze kurze Funken herunter, vereinigen sich (am Rand ?) des Wulstes zu einem gemeinsamen helleren Funken, der dann bis zur "Anodenspitze" vordringt. Dann bilden sich auf einmal unerwartet zwei helle weisse Pünktchen, eines an der "Anodenspitze" und das andere im bereits vereinigten Teil des Entladungskanals. Kurz darauf ist das Büschel der verteilten Funken auf dem Wasser verschwunden, nur die beiden hellen Pünktchen auf der trockenen Kunststoffoberfläche zeugen von Stromfluss. Denn im Entladungskanal zwischen ihnen tut sich auch etwas, sehr schwach ist dort ein kleine Kette aus schwächstens Punktfünkchen zu sehen, sobald sich die Augen an die Dunkelheit gewöhnt. Das erinnert an den nächtlichen Landeanflug auf El Paso (ELP) in der Wüste, wo auf einmal Straßen dadurch erkennbar werden, weil sich entlang einer zunächst nur gedachten Geraden viele kleine Pünktchen fortbewegen.

Das wasserrandnahe helle Pünktchen bewegt sich langsam auf der "Straße" auf die das Pünktchen an der "Anodenspitze" zu. Hinter ihm machen die anderen schwachen Pünktchen alle ihre Scheinwerfer aus, von der Straße ist dort nichts mehr zu sehen. Seltsam und hoch dynamisch, alles andere als langweilig. Schliesslich sind sich beide hellen Pünktchen so nahe, dass sie sich vereinigen. Und dann ist "Schicht im Schacht": alles ist dunkel. Was war das?

Licht an!

Eine Elektrode aus Wasser

Ich muss genauer hinschauen, dann erkenne ich einen extrem feinen dunklen Pfad zwischen dem Wasserrand und der "Anodenspitze". Das ist Wasser! Ein extrem schmales, im Verlauf auch gezacktes, sehr niedriges Wasserfädchen hat sich vom hohen Wasserrand der Pfütze aufgemacht und ist zur "Anodenspitze" gewandert. Weil Wasser leitet, ereignet sich dort auch keine Entladung mehr. Die findet nur im noch trockenen Bereich zwischen der "Anodenspitze" und der Spitze des Wasserfädchens statt. An genau an dieser Stelle sind im Dunklen die beiden hellen Fünkchen bzw. Pünktchen zu sehen. Glimmentladung? Koronaentladung? Büschelentladung? Vielleicht von jedem ein bischen. Eine solche kleine, schmale, niedrige, kurze Minifunkenstrecke mit einer Elektrode aus Wasser war mir noch nicht untergekommen. Ein so komplexes zusammengesetztes und hoch dynamisches Verhalten hatte ich mir bis eben in meinen künsten Träumen nicht vorstellen könne. Das ist einfach toll und steht ab sofort auf Platz 1 der "Charts".

Wasserstraßen

Diese kleinen dunklen weil feuchten "Wasserstraßen" weisen Längen von 5 bis 10 mm auf. Sind sie lang, dann schafft es die Wasserelektrode nicht, auf die "Anodenspitze" zuzuwachsen. Teilweise dürfte die Wasserstraße auch von der Elektrodenspitze her verdunsten, die Länge des sichtbaren Entladungskanals nimmt wieder zu.

Und die Richtung vom Wasserrand zur "Anodenspitze" ist die Richtung von Minus nach Plus, und damit die Richtung des Elektronenflusses.

Spielkind

Ich komme mir als solches vor und beginne, mich als Bauingenieur zu fühlen, der mit der Spitze und auch mit den Fingerspitzen, eingetaucht in die große Wasserpfütze, ein Netzt aus Wasserwegen bzw. eine Kette von Wasserinseln im Meer der Trockenheit generiert, um dann die komplexesten Funkenwege und Teilfunkenwege zu erzeugen. Manchmal laufen auch zwei solcher Entladungskanäle parallel neben einander her. Da alles im Dunkeln stattfinden, das Verschieben der "Anodenspitze", die ungewollt und ungesehen, auf Wasserinseln, noch feuchte aber auch bereits (im Hellen unsichtbare) Wasserfädchen trifft, und weil die hellen Endpünktchen (zumindest die der Wasserelektroden) immer in Bewegung sind, ergeben sich immer neue Bilder und damit weitere Spielideen. Mehrere Stunden bringe ich so zu. Auf einmal ist es 4:00 Uhr.

Dann gelingt es, in mehreren kaskadierten teils sicht- teils unsichbaren Entladungskanälen die Platine von ihrer rechten ("Anodenspitze") zu ihrer linken Schmalseite (dort findet als Abschluss der langen Reise eine nur schwach sichtbare Gleitentladung aus der unauffälligen großen Wasserpfütze zum Cu-Rand hinunter statt) zu überbrücken.

Ein Marx-Generator aus Wassertröpfchen?

Die vielen Wassertröpfchen unterwegs bilden kleine Kondensatoren (Trägermaterial der Platine als Dielektrikum, die Cu-Seite unten dient als "Gegenplatte"), die sich aufladen und dann schlagartig in einem geschlossenen Zug in Serie geschaltet sich gemeinsam zum Erdpotenzial entladen. So ähnlich stelle ich mir den Marx-Generator vor.

Zugabe

Eine solche gibt es auch noch. Wiederum im Dunklen ziehe ich die Anodenspitze" aus dem Wasser hoch und entdecke einen mit der Entfernung schwächer werdende Kegel blauen Lichts. Eine Büschelentladung? Vermutlich, es ist nichts zu hören. So stelle ich mir ein Elmsfeuer vor. Wird die Entfernung, die bis auf 20 mm anwachsen kann, zu gross, verlöscht dieses blaue Licht. Auch bei konstanter Entfernung verlöscht das blaue Licht nach einiger Zeit. Bei Wiederannäherung an die Wasserpfütze auf der Platine findet keine erneute Zündung mehr statt. Ich muss die Spitze der Elektrode erst wieder ins Wasser stecken und heraus ziehen. Es ist, als ob das an der Spitze haftende Wasser elektrisch zersetzt, ionisiert wird und dann den Stoff liefern, aus dem ... das blaue glimmende Licht ist. Nach Verbrauch des Wassers an der Spitze erlischt die Erscheinung.

Auch dies sehr schön, geheimnisvoll und (noch) unerklärlich.

Diese Versuchsanordnung empfinde ich extrem gefährlich. Nicht nur das Potenzial der 18 kV ist sehr hoch, auch das hier zutage tretende Suchtpotenzial. Erst um 6:00 gelingt es mir, den 230-V-Stecker vom HV-Netzteil aus der Dose zu ziehen.

Gute Nacht,
Gruss
Hans-Günter
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Elektrostatik mit 230 V ?

Ungelesener Beitragvon hgd » 8. Dez 2013, 16:50

Elektrostatik (14)
Elektrostatik mit 230 V ?

05.12.2013


Hallo Liste,

230 V mit Lamettastreifen

Im Internet hatte irgendwo gestanden, eine elektrostatische Anzeige (Elektroskop) gelänge bereits bei 230 V~, und zwar mit "Lametta"streifen .

Es tauchen gelegentlich Angebote auf mit einem "Universal Elektroskop nach Wulf". Dessen Messbereich "> 1 V mit Hilfsspannung, > 50 V ohne Hilfsspannung" passt da nicht so ganz in meine akutelle Spannungswelt. Das Gerät scheint auch eher kein direktes "Auf-einen-Blick-Instrument" zu sein (sieht aber interessant aus).

Die Frage war also, gelingt mir die Anzeige von 230 V~ ?

Von früher steht noch das Lamettabüschel (aus 50 cm langen "Lamettastreifen") auf dem Tisch. Natürlich ist das kein "Lametta" (gewalztes sehr dünnes Blech, früher gab es das auf einer Seite goldengelb und auf der anderen in blau, damit wurde im Advent gebastelt) sondern auf Kunststofffolie aufgedampte Metallisierung. Das dürfte für diesen Zweck aber besser sein.

Ich stellte es jetzt weitab von geerdetem Gerät und geerdeten Teilenn der Wohnung auf und legte von der Phase einer nahen Steckdose eine Laborstrippe zum Büschel und schloss es mit Krokoklemme an. Dann an der Steckdose den Bananenstecker eingesteckt und ... nichts rührt sich. Das war auch irgendwie gut so, denn dass sich in diesem Gebilde eine Bewegung mit 100 Hz nach außen sichtbar bemerkbar machen würde, das wäre schon sehr seltsam gewesen.

Also hing ich einen einzigen Streifen dieser metallisierten Fäden 2 x 10 cm (mittig gefaltet) an der waagerechten Kreisplatte des "Zauberrings", mit Tesafilm festgeklebt und über den Rand herunter hängend, auf. Mit 230 V~ stellte sich auch hier kein beobachtbarer Effekt ein.

Daraufhin wurde ein längerer "Lametta"faden von 2 x 25 cm, mittig durchgeschnitten, sorgfältig parallel glatt gestrichen und von einer diesmal senkrechten Kreisplatte des "Zauberrings" herunter gelassen. Nun setzte ich mich entspannt vor dem Experimentiertisch auf einen Stuhl. In der einen Hand halte ich die von der Steckdose kommenden und mit einer Verbindungskupplung abgeschlossen Strippe, in der anderen Hand den Bananenstecker, welcher zur Kreisplatte führt. Den Blick konzentriert und ohne Bewegung von Kopf und Augen auf die parallelen Streifen gerichtet, wird blind der Stecker rechts in die Kupplung links geführt und ... die metallisierten "Lametta"streifen bewegen sich, spreizen sich einige mm auf. Spannung weg, und sie gehen wieder zusammen und schwingen noch eine Weile aus. Versuch gelungen.

Mit Trenntrafo ließe sich der Versuch noch eine Spur sicherer (Unfallverhütung) durchführen. Ich bin aber lieber für einpolig und Isolierung auch durch Stuhl, Schuh und Fussbodenbelag.

Wem das zuwenig ist, der könnte einen Aufbautransformator verwenden (die werden von einigen Autoren auch "zerlebbare" Transformatoren genannt (wobei ich bei "zerlegbar" immer sofort an äußerst destruktive Handlungsweisen denke).

07.12.2013

230 V mit Elektroskop bzw. Elektrometer

Ein solide gebautes, kleines und gut gepflegtes Elektrometer (nach Kolbe) wurde angetestet. Dabei ergaben sich folgende Werte (Auszug) ...

1. Strich Ruhelage
2. Strich 0,25 kV
3. Strich 0,5 kV bzw. 0,4 kV

Die Eigenschaften des steuerbaren Netzteils spielten dabei auch eine Rolle. Aber wesentlich war die äußerst präzise Lagerung des Zeigers (mit zwei justigeren Gegengewichten). Das brachte mich auf die Idee, auch mit diesem professionellen Geräte den 230-V~-Versuch zu wiederholen.

Mit den oben aufgeführten Werten ist es nicht überraschend, dass sich der Zeiger bei 230 V~ etwas über den zweiten Teilstrich hinaus bewegt. Und das ist auch gut zu beobachten, selbst wenn ich nicht entspannt auf einem bequemen Stuhl sitzte.

230 V mit Einweg-Elektroskop

Man könnte (und imho sollte auch) bei Elektroskopen (auch einfachsten Selbstbauten) mal 230 V anlegen und genau hinsehen.

Vielleicht wären auch zwei "Lametta"streifen, die jeder für sich mit den beiden Polen der Steckdose verbunden sind, interessant, nicht nur wegen einer möglichen, größeren Aufeinanderzubewegung. Sollte es zum Kontakt kommen, gäbe es nämlich einen Kurzschluss, bestimmt würden dann die metallisierten Folien abfackeln oder so etwas in der Richtung.

Aus dem Mehrweg-Elektroskop würde somit ein Einweg-Elektroskop. Ein Vorwiderstand könnte sinnvoll sein. Bestimmt verschwindet die Metallisierung der beiden Streifen, sicherlich auch schneller als entsprechende Teile in der Sicherung im Schaltkasten, aber ob sich nicht ein längere Zeit und über größere Weite brennender Lichtbogen einstellt, das muss ich selber einmal (in sicherer Umgebung) ausprobieren.

Eine gravierende Folge wäre jedenfalls unvermeidbar: der Bereich der Elektrostatik, wo kaum Ströme fliessen, der wäre mit Sicherheit verlassen.

Gruß
Hans-Günter
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In der Räucherkammer

Ungelesener Beitragvon hgd » 9. Dez 2013, 01:10

Elektrostatik (15)
In der Räucherkammer

05.12.2013


Hallo Liste,

Rauchkammer und Räucherkammer

Jede Dampflok hat vorne die "Rauchkammer, wo sich Flugasche absetzt und auch Zug entsteht (durch Einleitung des Zylinderabdampfs) für die Verbrennung in der Feuerbüchse. In der Wurst- und Schinkenherstellung gibt es die "Räucherkammer". Und an beide fühlte ich mich im Verlauf dieses Versuchs erinnert. Es brauchte drei Tage, bis nichts mir im "Elektrostatiklabor" zu riechen war. Was war passiert ? Und warum?

Rauchgasreinigung (2 Vorschläge)

Das Thema des Versuchs lautet "elektrostatische Rauchgasreinigung". Das ist was richtig Technisches. Bei der Versuchdurchführung gibt es ausser etwas zu riechen auch Interessantes zu sehen.

In einer Versuchsbeschreibung mit einem "Aufbautransformator" (einem zerlegbaren Transformator) gibt es den Vorschlag, aus Karton eine lange Röhre zu rollen, von außen mit Alufolie zu bekleben und Innen einen dünnen Draht konzentrisch von oben nach unten zu führen. An diesen wird dann Hochspannung angelegt und unten ein Räucherkegel drunter gestellt und entzündet. Zurerst ohne Spannung kommer der Rauch von unten oben heraus und mit angelegter Spannung sollte oben rauchfreie Luft die Kartonröhre verlassen.

Natürlich kann man das mit einer langen Glasröhre (Kundtsches Staubrohr) oder so ähnlich, hört sich ziemlich laut an, heute würde ich bei dem Versuch Gehörschutz tragen, Anfang der 70er im Praktikum tat ich es nicht. Da sieht man auch nicht mehr, muss anschliessend aber das Rohr aussen (Klebstoffreste) und innen (Rauchpartikel) reinigen. Es gibt Leute, die mögen so etwas nicht. Bei der Kartonröhre fällt solches weg. Das Rohr lässt sich zudem einfach entrollen und sehen, wo sich wie der Rauch wie abgelagert hat. Tipp: es empfiehlt sich weissen Karton zu nehmen, weil der Staub von Räucherkegln hell grau ist. Klebt man danach Tesafilm oder besser durchsichtiges Paketklebeband darüber, ist der Versuch visuell dokumentiert.

In einer älteren Zeitschrift für Pädagogen (ich bin keiner) wird im Sonderheft "Elektrostatik" eine PET-Flasche unten aufgeschnitten und zwar so, dass nicht nur der Boden verschwindet sondern auch eine Durchschiebeöffnung für den Räucherkegel frei wird. Letzterer wird glühend heiss. Man sollte auch auf Keramik ein Blechplättchen, Scheibchen unterlegen. Oben gibt es dann zwei Bohrungen zum Abzug des Rauchs bzw. der rauchfreien Luft.

Ich habe mir sofort eine Flasche Minwasser gekauft. Das Wasser kam in den Tee, der wurde sofort weggeschüttet, weil salzig. Bei der Auswahl der Sprudelsorte hatte ich mir die Tabelle der Anionen nicht durchgelesen. Wurde in die Dachrinne entsorgt, nach dem Abkühlen.

Ich freue mich schon auf diesen Versuch, wie sich das ablagert. Dies ist immer noch geplant, trotz des Versuchs, der bereits durchgeführt jetzt gleich beschrieben wird.

Rauchgasreinigung im "Zauberring"

Im "Zauberring" stehen sich zwei Kreisplatten im Abstand von 18 mm gegenüber. Damit ist die Feldstärke bei 18 kV schon recht stark (1.000 kV / m, das sind 1 MV / m). Das mit den 18 kV erwies sich eben als sehr praktisch, für Kopfrechner. Den Lesern mit Elektronikrechner bleibt die Freiheit zu Tippfehlern unbenommen.

Ich lege die Spannung an und halte ein Räucherstäbchen auf der Mittelfläche der Platten aber ca. 10 mm unter den unteren Pattenrand. Es findet nur eine leichte Entladung (lt. Elektrometer) statt, gemessen an der Rotglut sind das vielleicht 600 bis 700°C (kann man im Internet an Farbskalen nachsehen, jedenfalls erheblich geringere Entladung als stünde dort eine brennende Kerze!

Wichtig aber ist, mit einer hellen Taschenlampe die "Rauchkammer" zwischen den Platten senkrecht zur Blickrichtung anzustrahlen, denn nur so sieht man im Detail, was sich dort abspielt. Nur oben Rauch, weniger oder gar kein Rauch zu sehen, das ist viel zu wenig Ergebnis. Und wenn wir schon beim Optimieren sind, hinter die "Rauchkammer" gehört ein schwarzer Karton, am besten als Teil einer schwarzen großen Pappschachtel, dann könnte man auch beste Aufnahmen mit Video-, Digi- oder Handy-Kamera machen.

Wo laufen sie denn, die Rauchpartikel?

Der Verlauf des Rauschstroms ist hoch-interessant. Der Rauch wird von der postiven Platte ("Anodenplatte") angezogen, der hier beim Vorbeistreichen auch viel stärker beschleunigt wird. An der Aussenseite der "Anodenplatte" streicht auch Rauch vorbei, aber weniger und langsamer. Der Eindruck der Beschleunigung könnte sich aus der hier laminaren Strömung ergeben. Dicht über dem Räucherstäbchen und oben nach dem Verlassen des Kondensator-Zwischenraums ist keine solche Strömung zu erkennen. Dies hängt (merke ich später) aber von Details ab, z. B. wo ich das Räucherstäbchen hinhalte.

Die Bananenstecker an den Kreisplatten überziehen sich rech schnell mit dort "haftenden" Rauchpartikeln. Beide Platten sind mit Rauchpartikeln überzogen, die "Kathodenplatte" nur innen, die "Anodenplatte" aussen und innen (obwohl das Räucherstäbchen von beiden Platten gleichweit entfernt ist.

Unterhalb der Platten werden sich vom Räucherstäbchen ablösende glühende Rauchpartikel extrem schnell auf auf offenbar gebogenen Bahnen von der "Anodenplatte" zum Tisch "geschossen". Hier ist das Feld ja nicht homogen (parallele Feldlininen), sondern die Feldlinien sind gebogen. Wenn man das weiss und wenn man auch bereits andere Versuche (z. B. mit Styroporkügelchen und mit Wattefetzten) durchgeführt hat, dürfte das nicht überraschen. Allerdings legt man vielleich eine größer Fläche Feuerfestes unter, damit mit wertvolleren Oberflächen nichts passiert. Beim bestimmungsgemässen Gebrauch in dedizierten Haltern ist so etwas immer eingebaut.

Rauchpartikel im 450 kV / m Feld

Ich drehe jetzt nicht die Spannung zurück, sondern vergrößere den Abstand der Kreisplatten auf 40 mm. Ich möchte genauer hineinsehen, die mögliche Bahnlänge des Rauchstroms, des Stroms der Rauchpartikel mit der Taschenlampe wie oben beschrieben verfolgen. Die Beleuchtung wurde inspieriert durch die Flakscheinwerfern vor den Discos, deren Widerschein in der Bewölkung der Navigation dient, sollte der GPS-Empfänger keinen Fix zuwege bringen.

Das Räucherstäbchen unterhalb der Platten, exakt in die Mittelebene gehalten, wird der Rauch jetzt nur zur "Anodenplatte" gezogen und strömt nach dem dortigen Aufprall nur an deren Innenseite nach oben. Das sieht wirklich gut aus (bei optimaler Beleuchtung).

Halte das Räucherstäbchen nun näher zur Kathode: Der Rauchstrom folgt als laminarer Strom einer Parabelbahn (einem oben und unten durch Parabelbahnen begrenzten Fächer, so sieht es wirklich aus) und schlägt auf der Innenseite der "Anodenplatte" auf. Ab dort quillt er wallend in Wirbeln und genau parallel zur Innenseite der "Anodenplatte" nach oben.

Direkt an die "Kathodenplatte" gehalten führt der Rauchstrom schwächer hinüber zur Anode. Näher an der "Anodenplatte" gehalten, folgt der Strom einer Paralbelbahn auf die Kathode. Das ist wie zuvor für die Anoden beschrieben, nur einfach gespiegelt, als Seitenwechsel.

Für die Funktion als Rauchgasentstauber scheint eine Position auf der Mittelebene des Kondensators (und etwas unterhalb der Plattenränder) die "optimale Einströmposition" zu sein.

Im Laufe der Versuche lassen die Effekte langsam nach. Lädt sich der isolierte Tisch langsam auf?

Glühendes Pingpong

Gelegentlich lösen sich glühende Ascheteilchchen von der Spitze des Räucherstäbchens ab und springen blitzschnell von der Anode zur "Kathodenplatte" hinüber. Einige Male kann ich auch Mehrfachsprünge eines Teilchens sehen (hin und wieder zurück). Das ist etwas Besonders für mich.

Rauchschlauch im Kondensator

Es gibt viele Parameter, die variiert werden können und den als kurz geplanten Versuch immer weiter in die Länge ziehen. Zweimal habe ich bereits stossgelüftet. Bisher waren die Rauchströme immer fächerförmig breit gezogen. Die oben erwähnte Parabelbahnen liessen sich als kürzeste Parabelbahn nur am unteren Rand dieses Fächers beobachten bzw. als längste Parabelbahn am oberen Rand des Rauchfächers auf dem Weg zur "Anodenplatte".

Nun wird das homogene Feld im Innern des Plattenkondensators extrem gestört: Ich halte das Räucherstäbchen mit einer Stelle ca. 10 bis 20 mm unterhalb des glühenden Endes an den unteren Rand der "Kathodenplatte". Aus diesem Glimmende ragt die verkohlte Holzseele leicht gebogen heraus. Es geht auch ohne dies, aber damit ist die Spitzenwirkung viel krasser, denn dieses Spitze neige ich der "Anodenplatte" zu. Mit der Berührung des Kathodenrands verschwindet schlagartig der Parabelfächer.

Stattdessen erscheint ein schmaler Schlauch aus strömenden Rauch, in seiner Mitte anfangs noch das glimmende Ende und der herausragende verkohlte Holzteil des Räucherstäbchens und diesem eng anliegend. Eine absolut laminare Strömung, kein Kringel und Wirbel. Vermutlich bleibt dem Rauch auch gar nichts anderes übrig, als gefangen von den Feldlinien diesen zur "Anodenplatte" zu folgen. Nur wenig Rauch kann sich diesem schmalen, den Konturen des Räucherstäbchens hauteng anliegenden Rauchschlauchs entziehen. Fast der gesamte üppig nach oben in den Kondensator hinein steigenden Rauchs befindet sich nun in diesem schmalen Schlauch. Auch jenseits des Endes des Räucherstäbchens setzt sich der Rauchschlauch ohne Verbreiterung bis zum Aufschlag auf die "Anodenplatte" fort. Alles spricht für die Führung des Rauchs im stark inhomogenen elektrostatischen Feld.

Der Rauch oberhalb der Kondensatorplatten geht laminar von der Ebene der "Anodenplatte" in die Mittenebene beider Platten über und steigt ab dort normal (leicht wallend) weiter nach oben.

Putzen ist angesagt

Trotz meiner Abneigung gegen Saubermachen ist genau dies jetzt erforderlich. Tisch, Ständer, Platten, Stecker und Kabel müssen trocken bzw. auch noch feucht abgewischt werden. Am meisten aber klebt an der "Anodenplatte". Beim Säubern stelle ich auch noch fest, dass die "Kathodenplatte" aber besonder die "Anodenplatte" im Zentrum braun verschmiert sind. Oh je, daran hatte ich nicht gedacht, erfreulicherweise wegen des Mehrs an Erkenntnissen: beim Verglimmen von Holz entsteht Holzteer, der die Platten innen verschmiert. Holzteer ist ekelig und hatte bereits zu meinen Zeiten als "Allchemist" trotz äußerst knappen Budgets in meiner Kindheit zum Neukauf von Reagenzgläsern geführt. Den hatte ich damals schon nicht weg bekommen. So auch jetzt.

In der Räucherkammer

Ich fühle mich wie in einer solchen: Das ganze Zimmer stinkt nach Rauch. Erkenntnisgewinn und Experimentierfreude waren dafür alllerdings mal wieder unerwartet umfangreich. Dafür müssen eben Nachteile in Kauf genommen werden. Wo gehobelt wird, da fallen Späne, bzw. Holzteer. Aber es hat sich gelohnt, auch wenn mehrere Stunden mit brennenden Räucherstäbchen mein "Labor" zu einer "Räucherkammer" haben werden lassen.

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Hans-Günter
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Alternative Verbindungskabel

Ungelesener Beitragvon hgd » 10. Dez 2013, 00:12

Elektrostatik (16)
Alternative Verbindungskabel

09.12.2013


Hallo Liste

Konventionelle Laborkabel

... bestehen aus einfachen Laborkabeln, die bei 18 kV z. B. nicht mehr richtig isolieren. Bei Berühren eines solchen Kabels deuten sirrende Geräusche auf Koronaentladung durch die Isolierung hindurch hin.

Ungeschirmte Hochspannungskabel aus XLHDPE

... sind teuer. Es gibt sie für 40 kV und auffallend roter äußerer Isolierung zu kaufen. Innen befindet sich eine Litze aus einigen Dräht scon etwas größeren Durchmessers. Die dann folgende Isolierung erinnert mich an die Isolierung von Hochfrequenz-Koax-Kabeln für Sender. Der Aufdruck XLHDPE dürfte "Cross-Linked High Density Polyethylene" bedeuten. Dieses Isoliermaterial macht das Kabel nochmals störrischer. Konfektionierung mit Bananensteckern geht nicht mehr so leicht und schnell von der Hand.

Mich stört dann vor allen Dingen, wenn ich die empfindlichen Anschlüsse mit Glasdurchführungen von Kathodenstrahlröhren und Glimmröhren damit anzuschliessen habe. Die Kabel ziehen und zerren durch ihre Biegesteifigkeit und durch ihr Gewicht mehr, als ich den Elektrodenanschlüssen an Glasröhren zumuten will. Also nutze ich verstärkt wieder normale Laborkabel. Man muss dann eben Abstand halten, vor allem, wenn sich hinter der Isolierung nicht die 9 Watt eines Hochspannungsnetztteils verbergen, sondern die 2 kW eines ausgewachsenden Hochspannungstransformators.

Als Amateure können wir auch ähnliches Kabel für 100 kV kaufen, das hat aber einen Durchmesser von ca. 10 mm. Das kommt dann schon an die Maße von Wasserleitungen zum Spülbecken heran. Vorteil zum Wasserrohr, vor dem Biegen braucht es nicht mit Vogelsand gefüllt zu werden.

Ketten

Auf Abbildungen von Versuchsaufbauten im Internet zur Elektrostatik sah ich gelegentlich kurze Ketten bzw. Kettchen kleineren Durchmessers, die erstens nicht allzuschwer und zweitens alles andere als biegesteif sind. Das ist der Grund, warum ich mir einige kurze Kugelketten von Vertikaljalousien und auch Stöppselketten für Waschbecken in meine Sammlung übernommen habe. Diese werde ich auch für 150 bis 250 kV verwenden. Wenn die Koronaentladungen zu stark sind, dann würde es einfach nicht eingesetzt werden.

Spiralfedern

Es muss eine Aufnahme eines HGÜ-Trafos für 700 kV gewesen sein, bei dem während der Abnahmemessung so eine Art Luttenleitung (flexible Luftzuführung untertage, Bergbau) verwendet wurde. Und beim heutigen Einkauf von schwarzem Fotokarton (für Gasentladungs- und auch Rauchgasentstaubungsversuche) stiess ich in einer ganz andere Ecke (Schmuckbastelabteilung) auf dünne lange Spiralferdern. Die Ösen an den Enden lassen sich mit etwas Draht leicht in Krokodilklemmen befestigen, sodass sie nicht mehr heraus rutschen können. Der Durchmesser im entspannten Zustand beträgt 4 mm, die Länge zwischen den Spitzen der befestigten Krokodilklemmen ist 280 mm. Ziehe ich diese lange Spiralfeder nur leicht auseinander, überbrücke ich mühelos eine Länge von 500 mm (und mehr). Hierbei zieht und zerrt nichts an den empfindlichen Elektrodenanschlüssen der oben erwähnten Röhren. Die Spiralferdern sind äußerst flexibel und sehr leicht und damit meine Wahl für entsprechende Versuche. Und vielleicht auch für andere, da ich nie mehr werde Gegenstände hin und her werde schieben müssen usw.

Natürlich sollte man die wenn unter Hochspannung nicht anfassen. Auch der Abstand zu anderen Kabeln usw. ist einzuhalten.

Ich denke, dass auch keine störende Induktivität erkennbar ist, da sich die elektrischen Felder der einzelnen Windungen überlagern, wie bei der Bündelverseilung auf der 220- und 380-kV-Ebene, nur eben nicht längs sondern quer. Und bei Elektrostatik fliesst ja eh nur geringer Strom, wenn überhaupt.

Auch hier gilt, dass ich beabsichtige, diese langen Spiralfedern auch bei 150 bis 250 kV zu verwenden.

Das beschriebene Produkt wurde als "Zugfeder verzinkt" von Rayher HOBBY KUNST angeboten. Gibt es bestimmt auch aus anderen Quellen

Und zum Schluss

Das ist alles, was ich heute mitteilen wollte. Akutelle Versuche mit Glimm- und Kathodenstrahlröhren sind etwas ausserhalb der "Bastelbude", weil dabei ja fast gar nicht gebastelt sondern nur angeschaut und beschrieben wird. Und dann bereite ich mich auch auf einen zweiten 1-Hz-Schwingkreis-Versuch vor, mit maximal 35 V. Ionenwanderung in einem Stück Tafelkreide bei 18 kV wäre wieder ein Thema, aber soweit bin ich noch nicht.

Gruss
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon Friedhelm » 11. Dez 2013, 08:49

Lieber Hans-Günter,

ich habe den Kosmos Kasten E-Statik mit Handbuch. Wenn Du noch Interesse am Handbuch hast, könnte ich das Scannen oder Dir auch eine Hardcopy zusenden.

Viele Grüße,

Friedhelm
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Elektrostatik Handbuch

Ungelesener Beitragvon hgd » 11. Dez 2013, 13:52

Hallo Friedhelm,

danke fürs Angebot. Ich habe den Kasten und dessen schönes Handbuch. Deine Hilfe diesbezüglich ist also nicht erforderlich. Nochmals vielen Dank!!!

Gruß
Hans-Günter
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Wieviel Strom fliesst durchs Segnerrad?

Ungelesener Beitragvon hgd » 15. Dez 2013, 23:38

Elektrostatik (17)
Wieviel Strom fliesst durchs Segnerrad?

14.12.2013


Hallo Liste,

Vorgeschichte

Wie zuvor (mit einer Zeichnung) berichtet, hatte ich ein neues Lager aus einer Kugelschreibermine gebaut. Im oberen Ende dieser Mine, einem Ms-Röhrchen als Nabe, wird ein aus Draht gebogenes 2-armiges Segnerrad eingeklemmt (mit dem Kügelchen der Mine am unteren Ende auf einer Platte als Lager) oder das Segnerrad lose eingesteckt (auf dem scharf zugefeilten gratartigen oberen Ende lagernd).

Aufbau

Das bereits früher verwendete Segnerrad aus 0,5 mm starkem Draht mit einer Spannweite von 2 x 125 mm klemmt im Ms-Röhrchen und dreht sich mit diesem gemeinsam auf dem Kügelchen im stützenden PVC-Rohr (in einem Ständer eingeklebt, verhindert das Umfallen). Dies steht auf der waagerechten leitenden Kreisplatte oben im "Zauberring" (aus KOSMOS Elektro-Zauber).

Das 18-kV-Netzteil speist über zwei Kugelkondensatoren (über einen 100-kOhm-Widerstand verbunden) die leitende Platte mit dem auf ihr stehenden Segnerrad. Parallel zur Platte ist ein 20-kV-Voltmeter angeschlossen.

Versuch 1

Bei 6,8 kV pendelt das Segnerrad in eine andere Position, bei 7,5 kV dreht es sich 1/4 Umdrehung weiter, erst bei 9 kV beginnt sich das Rad permanent zu drehen und beschleunigt. Mit der digitalen Sekundenanzeige einer ansonsten analogen DCF77-Uhr wird die Drehzahl grob bestimmt zu ...

10 kV 1,35 U/s
12 kV 2 U/s
13 kV 2,3 U/s
14 kV 2,7 U/s


Ab 15 kV ist das Zählen der Umdrehungen nicht mehr möglich, der Einsatz eines Stroboskops wäre erforderlich. Bei 16 kV hebt der Ständer (Kunststoffrolle von Tesafilm) auf der Kreisplatte periodisch (durch Unwucht) ab und wandert ab 17 kV zum Außenrand der Kreisplatte. Nur sofortiges Abstellen der Spannung verhindert den Absturz. Das Segnerrad kommt bei schnell abnehmender Spannung bei ca. 7 kV zum Stillstand.

Bei einer Wiederholung endet die Drehbewegung nach dem Abstellen der Spannungsversorgung bei 8,5 kV. Danach sinkt die Spannung nur noch sehr langsam weiter ab. Mit der Sprühentladung enden Rückstoss fürs Segnerrad und Ladungsverlust der Kugelkondensatoren.

Versuch 2

Ein weiteres Segnerrad mit einer Spannweite von 2 x 43 mm wird im Ms-Röhrchen nicht eingeklemmt sondern lose auf dessen Schneide gesetzt. Bei 4,2 kV wackelt das Rad. Erst bei 15 kV setzt es sich in dauerhafte Bewegung. Das Ms-Röhrchen dreht sich mit deutlich niedrigerer Drehzahl mit. Die hiermit erheblich höhere Drehzahl verschmiert den rotierenden Draht zu einem "Schirm" wie bei einem Hubschrauber. So werden erstmals 19 kV erreicht.

Versuch 3 - Schwarzer Karton

Um den Kontrast vor der weißen Tischfläche zu erhöhen, lege ich ein Blatt schwarzen Fotokartons unter den "Zauberring". Beim Annähern des Kartons erhöht sich überraschend die schon hohe Drehzahl um ein Beachtliches, obwohl die Kreisplatte nicht berührt wird. Das Ms-Röhrchen nimmt an dieser rasenden Bewegung nicht mehr teil, es steht ohne Drehung, wackelt nur hin und her. Die hohe Drehzahl (leises Brummen und Sausen werden vernommen) liegt oberhalb mechanischer Schwingungen, somit unterbleibt das Wandern des Ständers. Und damit ist ohne Absicht ein wieder einmal ein neuer Effekt entdeckt.

Es lohnt sich, den schwarzen Karton nicht nur tangential auf gleicher Höhe mit dem Segnerrad zu halten, sondern ihn auch als Zylinder um den äußeren Kreis des Rades ein Stück herum zu biegen. Bis auf 10 mm Annäherung führt dies zu einer Erhöhung der Drehzahl, noch näher nimmt diese ab, dabei werden Koronaentladungen (leise Überschläge) hörbar. Damit einher geht sofortiger Spannungseinbruch und Drehzahlabfall.

Die Wirkung des nahen (aber nicht zu nahen) Kartons besteht vermutlich in seiner Wirkung als Elektrode auf (annähernd) Erdpotenzial. Damit wird die Feldstärke deutlich erhöht, weil die beiden Drahtenden des Segnerrad nun eine nahe leitfähige Elektrode haben, an denen der Ionenwind endet. Auch meine Annäherung mit Hand oder Oberkörper ruft diesen Effekt hervor. Bereits ab 80 mm ist eine deutliche Drehzahlerhöhung festzustellen. Die Annäherung des nichtleitenden Lineals hat keinerlei Auswirkungen. Es ist ganz offenbar die Nähe zu den Drahtspitzen des Segnerrads, welche zählt.

Der nach diesem Versuch auf der Tischplatte abgelegte Fotokarton "klebt" danach auf dieser fest.

Versuch 4 - Biegerei

Das "kleine" Segnerrad wird nun fest in das Ms-Röhrchen eingeklemmt. Eine permanente Drehbewegung stellt sich bei 12 kV ein. Das Rad dreht sich schlechter (Reibung am Stützrohr ?). Es lohnt nicht, viel über meine Versuche zu erzählen, durch Herumbiegen ein Optimum zu erreichen. Vielleicht ist ein nicht exakt ausbalanziertes Rad besser, weil dann nur eine Stelle (statt deren zwei) oben auf dem Ms-Röhrchen ruht (und die Reibung geringer ist). Eine geschlossene Theorie liegt mir nicht vor.

Einerseits bringt eine große Spannweite einen früheren Anlauf, andererseits führt der zunehmende Luftwiderstand bei Steigerung der Drehzahl zur Begrenzung auf einem niedrigeren Wert. Hier ist viel Mechanik bzw. Maschinenbau im Spiel. Vielleicht hülfe auch ein kleiner Tropfen Öl. Damit will ich mich aber nicht belasten, denn eine andere Idee hat von mir Besitz ergriffen.

Stromstärke messen ?

Welche Leistung hat dieser Motor? Genauer: welche elektrische Leistung wird in nicht-elektrische Leistung (Reibung Metall auf Metall und in Luft, Luftströmung "Ionenwind", andere Effekte) umgesetzt. Noch genauer: welcher Input wird vom Segnerrad aufgenommen und irgendwie umgesetzt, sei es nur mechanischer oder auch elektrischer Output ?

Am "Motor" Segnerrad kann ich die Spannung inzwischen gut messen. Bisher hatte ich als Stromstärke immer den Maximalwert der Stromstärke aus der "Gerätekarte" des 18-kV-Netzteils (0,5 mA) genommen. Geht das aber genauer? Lässt sich die Stromstärke messen?

Für Messungen mit nicht auszuschließendem Zerstörungspotenzial hatte ich mir ein sehr billiges analoges Vielfachinstrument gekauft, ohne Verstärker innen, also ganz altmodisch. Ich kürze seine Bezeichnung mit AMM ab.

Da der Strom vom Segnerrad in die Luft übertritt, gibt es keine präzise punktuelle Stelle, wo man einen Leiter auftrennen und dort das AMM als Milliamperemeter einschleifen könnte. Die Elektronen (bzw. negativen Ionen) die an den Spitzen des auf Hochspannung liegenden Segnerrads eintreten, stammen ja nicht nur vom Gehäuse des Netzteils, seinen unbeschalteten loser herum liegenden Kabeln, sondern auch von mir, vom Schutzleiter, von Boden, Wänden und Decke und von Wasser- und Heizungsrohren. Daher die Idee, eine metallische Spitze in Radnähe isoliert aufzustellen (als Saugelektrode) und über das Milliamperemeter mit dem Erdanschluss des Netzteils zu verbinden.

Versuch 5 - Die Stromstärke wird gemessen

Das Segnerrad mit der Spannweite von 2 x 125 mm wird wieder auf die Kreisplatte gesetzt und diesmal mit Tesafilm an der Platte festgeklebt. Als Saugelektrode verwende ich das gerundet-spitze Ende eines Bratenthermometers, nicht weit vom Rad entfernt. Der kleinste Messbereich des AMM mit 10 mA wird eingestellt.

Bei verschiedenen Spannungen bis zu 20 kV meine ich, maximal ca. 0,3 mA ablesen, bei verschiedenen Varianten der Versuchsdurchführung ist ein Ausschlagen des Zeigers um 0,1 mA zu beobachten. Das ist winzig klein, aber so nah am Nullpunkt des Instruments auch äußerst ungenau. Aber immerhin etwas.
[später wird sich herausstellen, dass diese Vermutung keineswegs zutriff.]

Spannungsabfall am Schutzwiderstand >>--> Stromstärke

Bei den Versuchen mit schwarzem Fotokarton hatte ich einen Spannungsabfall am 20-kV-Voltmeter von ca. 1 kV (von 20 kV auf 19 kV) festgestellt. Weitere Messungen ergaben dann, dass dies nicht (alleine) der Spannungsabfall am 100-kOhm-Widerstand ist. Bei diesem Widerstandswert folgt der Spannungsabfall überwiedend durch die Belastung der Hochspannungsquelle, also am Innenwiderstand des 20-kV-Voltmeters. Um einen Spannungsabfall am Schutzwiderstand zwischen den Kugelkondensatoren messen zu können, musste dieser gegen einen viel größeren Wert ausgetauscht werden, also setzte ich dort wieder den "früheren" 2-Gigaohm-Widerstand ein.

Für verschiedene Spannungen, für die beiden Belastungsfälle (a) "Segnerrad ohne Karton" und (b) "Segnerrad mit Karton" sind immer zwei Spannungen zu messen, direkt am Ausgang des Netztgeräts und am direkt am Segnerrad.

Noch weiss ich nicht, ob es brauchbare Messwerte geben wird und ob sich daraus die Stärke des durch den Schutzwiderstandes fließenden Stroms berechnen lässt. Gelänge das, wäre die Bestimmung der "Motorleistung" mit und ohne Karton und für verschiedene Spannungen möglich. Damit wird das jetzt gleich (erstmals) ein durch und durch quantitativer Versuch.

Versuch 6 - voll quantitativ

Mit dem 2-Gigaohm-Widerstand sind am Segnerrad bei voll aufgedrehtem Netzteil nur noch 19 kV erreichbar. Und auf einmal finden heftige Überschläge in der "Blechkiste" statt, selbst bei 18 kV noch. Zudem ist eine Handempfindlichkeit des "Hochspannungsreglers" von ca. 0,5 kV bemerkbar.

Am Netztgerät-Ausgang ist eine erheblich höhere Spannung erforderlich, damit nach dem Spannungsabfall am Schutzwiderstand die vom 20-kV-Voltmeter noch zu messenden Werte von 19 kV bzw. 18 kV bereit gestellt werden können. Der zu messende Strom verursacht einen mit dem HV-Voltmeter messbaren deutlichen Spannungsabfall. Aus diesen Werten sollte sich nun für verschiedene Spannung und "mit" bzw. "ohne Karton" die vom Segnerrad aufgenommene Stromstärke bzw. auch Leistung berechnet werden können.

Auszug aus meinem Messprotokoll (als Beispiel)

Spannungen am Netzteil und am Segnerrad mit Karton
Schutzwiderstand: 2 Gigaohm
Spannung am C1 / kV Spannung am C2 / kV Karton

11,8 10,3 ja

70 Spannungsmessungen führe ich durch, die meisten in Paaren mit Spannung am Ausgang des Netzteils bzw. Spannung am Segnerrad. Die Differenz steht als Spannungsabfall am Schutzwiderstand von 2 GOhm und erlaubt nur durch dessen hohen Wert die Bestimmung des hindurch fliessenden Stroms, welcher kurz darauf die Spitzen des Segnerrads als Sprühentladung verlässt und "durch die Luft" zurück zum Gehäuse des Netzteils fliesst.

In der Datei ...
Segnerrad als Motor .xls erfolgt zudem die Berechnung der Leistung am Schutzwiderstand, "am" Segerrad und der "Widerstand der Luftstrecke".

Wieviel Strom fliesst durchs Segnerrad?

Die Stärke des Stroms durchs Segnerrad hindurch ist in beiden Versuchsvarianten (ohne und mit Karton) linear abhängig von der Spannung am Segnerrad ...
Strom Segnerrad (ohne Karton) .jpg
Strom Segnerrad (mit Karton) .jpg


Die Auswertung könnte so aussehen:

Ohne den von außen seitlich ans rotierende Segnerrad gehaltenen Fotokarton fliesst bei 15,5 kV durch das Rad ein Strom von 1,40 µA. Die "vom Segnerrad" umgesetzte Leistung beträgt 22 mW. Aus Spannung und Stromstärke lässt sich ebenso auch ein Widerstand berechnen, der Widerstand "der Luft" zwischen den Spitzen des Segnerrads und dem Gehäuse des 18-kV-Netzteils (und allem was dazwischen liegt). Dieser beträgt 10,6 GOhm.

Mit dem von außen seitlich ans rotierende Segnerrad gehaltenen Fotokarton fliesst bei 14,4 kV durch das Rad ein Strom von 1,80 µA. Die "vom Segnerrad" umgesetzte Leistung beträgt 26 mW. Der aus diesen Daten berechnete Widerstand "der Luft" zwischen den Spitzen des Segnerrads und dem Gehäuse des 18-kV-Netzteils beträgt 8 GOhm.

Bei kleinerem Schutzwiderstand reicht der Spannungsabfall an ihm nicht mehr für eine Messung mit dem analogen Vielfachmessinstrument (AMM) aus. Auch mit einem üblichen, hochohmigen DMM wäre das "haarig".

Allenfalls wäre eine Wiederholung ohne Schutzwiderstand den Aufwand wert. Um wieviel höher wäre die Drehzahl beim großen und beim kleinen Segnerrad? Würde mich schon interessieren.

Gruss
Hans-Günter
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon Friedhelm » 18. Dez 2013, 22:06

Hans-Günter, ich komme kaum nach mit dem Lesen. :thumb: Wenn Du bitte etwas langsamer forschen und publizieren könntest? :clap:

Ich kann kaum etwas beisteueren, außer, daß ich in unserer alten Wohnung (mit Kunststofflaminat) im Schlafzimmer :psst: durchaus ein Knistern erzeugen konnte, als ich einmal nachts nach Hause kam. Da war ich überrascht, wie hell es leuchtete.....

Nun, ja, das lag nur an den dunkel adaptierten Augen, sonst wäre das gar nicht aufgefallen :haeh:
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Re: Elektrostatik

Ungelesener Beitragvon hgd » 19. Dez 2013, 02:39

Hallo Friedhelm,

danke für Deine Hinweise und Schilderungen. Ich werde schon ausreichend gebremst, durch "externe" Hindernisse. Auch über Gasentladungsröhren (Schattenkreuzröhre, Kanalstrahlen-Röhre und die Vakkumskala, wo ich inzwischen über 30 Seiten Mitschrift habe, werden ich wenn, dann nur später und nach extremen Ausdünnen posten, das Ganze erweisst sich als ausgesprochen "komplex", was man alles anschliessen und anfassen oder dem Reibestab oder dem Magnetfeld aussetzten kann.

Die letzte Nacht hatte ich auch die Röhren der Vakuumskala verkehrt herum angeschlossen. Recht effektiv war auch, zwei in Reihe zu schalten. In 20 cm Entfernung den Reibestab gerieben, und schon zündeten kurzzeit fast alle Röhren der Vakuumskale, obwoh die nur einpolig an 16 kV hingen. Mit der geerdeten Krokoklemme die Röhren unter Spannung (16 kV) anzuschliessen war auch eine Handlung, die Überwindung erforderte.

Zu dem Thema gibt es schöne Aufnahmen. Das ist wirklich sehr farbig. Es gelang mir auch erstmals, nicht nur die Ablenkung der Elektronen (Kathodenstrahlen) durch einen Magneten, sondern gleichzeit im selben Rohr an der selben Stelle die Ablenkung auch der positiven Ionen (Kationen, Kanalstrahlen) zu sehen, die beiden Linien am Glasrand kreuzten sich fast rechtwinklig.

Als nächstes werde ich einen kleinen Funkeninduktor anschliessen.

Also, unterm Strich, alles machen was geht, z. B. auch eine Leuchstoffröhre, leider kann man da nicht hineinschauen, aber trotzdem bemerkt man was. Nur sollte man eine einpolig angeschlossene Röhre nicht mehr anfassen, wenn da schon 6 mm Funken überschlagen. Ich fasse immer mit einem 87-MOhm-Widerstand an, wenn es da nicht zirpt bzw. surrt, dann kann ich auch ohne berühren. OK, das ist schon wieder zuviel Text.

Da ich im Dunkeln experimentiere, sehe ich auch, was beim Reiben des Reibestabes passiert: mehrere cm lange gezackte Funken. Das spürt man auch, und hört es und im Dunklen sieht man es auch: echtes Multimedia.

Heute wurde eine Röhre mit einem Tropfen Hg (Quecksilber) angeboten, die Röhre schüttelt man, und dann tritt ein Glimmen auf. Aber quecksilberhaltige fasse ich nicht mehr an. Habe mein Vakuummeter an amtlicher Stelle abgeben. Auch Teile, bei denen ich vermute, dass diese mit Weichasbest kontaminiert sind, werden angeboten. Teilweise geben die Anbieter auf entsprechende Anfragen auch noch falsche Auskünfte. Der mit der Quecksilberröhrehat wenigstens deutlich davor gewarnt, in Rot! Ich jedenfalls will solche Sachen nicht in der Wohnung haben.

Noch ein Erelbnis, war mal in der Sahara, mit Schlafsack, rappel trocken. Und jede Berührung mit dem Schlafsack, das rein und rauskriechen im Dunkeln war ein richtiges Mini-Feuerwerk.

Bei den Versuchen kommt hinzu, dass sich isolierte Teile durch den Ionenwind aufladen. Und dann macht es gelegentlich "patsch!", wenn man diese Teile und Gleichzeitig ein Gehäuse anfasst.

Gute Nacht bzw. einen guten Tag.
Gruss
Hans-Günter
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