Badezimmer unter Hochspannung

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Badezimmer unter Hochspannung

Ungelesener Beitragvon hgd » 10. Okt 2013, 20:38

Hallo Liste,

ich berichte im folgenden langen Text über vier Stunden Hochspannungsexperimente mit Funkenstrecke, Styroporflocken, Leuchtstoffröhre und Kerzenflamme. Mich fasziniert erkennbar dieses Thema, nicht nur weil es "spannend" ist, sondern auch, wie jenseits fest vorgegebener Wege mit etwas Kreativität Neues entdeckt werden kann. Das liebe ich.

Für diejenigen unter Euch, die sich noch nicht entschieden haben, ob sie alles oder nichts durchlesen wollen, die Übersicht der Kapitel:

Styropor-Kügelchen im Kondensator
Funkenstrecke mit Spitzen (Lichtbogen (Durchschlag u. Koronaentladung)
Glühlampe, Leuchtstoffröhre und Hochspannungsableiter zwischen den Spitzen der Funkenstrecke
Styropor-Kügelchen und -Flocken zwischen beiden Kugelkondensatoren
Kerzenflamme unter Hochspannung


Die subj-Zeile ergibt sich aus dem Badezimmer als Experimentierraum, nicht nur weil hier noch am meisten Platz ist, sondern auch, weil sich hier nur zwei elektronische Gerätschaften befinden (DCF77-Uhr, Thermometer/Hygrometer und Waschmaschine). Die haben alle bisher überlebt.

Als Hochspannungsgenerator nutze ich eine älters PHYWE Netztgerät (2 bis 18 kV, mit Thyratron zur Erzeugung der Wechselspannung und einer Hochvakuum-Hochspannungs-Gleichrichterröhre. Alles in allem deutlich historisch.

Netzgerät und Kugelkondensatoren stammen von ebay her, vieles konnte selbstgebaut werden, das nächste Projekt ist ein Plattenkondensator (aus Cu-kaschierte Platinen, Tragegestell aus PVC-Profilen) und eine Leydener Flasche (aus Müsli-Becher der Bäckerei, dazu selbstklebende Alu-Folie als schmales Band und auch breiter Rolle). Da kommt wieder ziemlich viel zusammen. Zusammen ist das alles andere als einseitig.

Und die Nähe zum Wasser stört nicht, zwischendurch (nach dem Duschen und während der Versuche) wird gelüftet, wegen H2O, O3 und Stickoxiden. Auch wenn man sich mit den 18-kV-Netzgerät nicht umbringen kann, so mag ich dennoch weder ein Elektrisiergerät (Trix-Metallbaukasten als 8jähriger), noch den Geschmack einer Flachbatterie an der Zunge noch Höher-kV-haltiges. Aber beim Autofahren muss man ja auch seinen Grips zusammen halten.

Wer Erfahrung mit Dosimetern hat, könnte mich bitte mal privat hier kontaktieren. Ich will keine Erzeugen, nur wissen, mit welcher Dosis die bei 18 kV entstehen.

Wer keine Lust hat, weiter zu lesen, dem wünsche ich bereits jetzt eine gute Nacht.

Gruß
Hans-Günter

(Hochspannung, Hochspannungsversuche, Versuche, Experimente, Elektrostatik)
10.10.2013
Hochspannungsversuche (III)

Dies ist wohl die dritte Nacht, deren Ergebnisse ich Tage später "vom Zettel" erfasse.

08.10.2013

Styropor-Kügelchen im Kondensator

18-kV-Netzteil, zwischen den beiden Kugelkondensatoren hängt ein 2-Gigaohm-Widerstand. In mein kleines, schmales "Aquarium" (in dem ich einmal Kristalle gezüchtet hatte, Material transparenter Kunststoff, vermutlich Plexiglas) habe ich an beiden Schmalseiten zwei Aluplatten eingesetzt und mit Krokodilklemmen kontaktiert und gleichzeiti an die Schmalseitenwände fixiert. Im Volumenen befinden sich viele Styropor-kügelchen aus zerbröselter Styroporplatte (die "teuflischen" Styroporkügelchen hatte ich vor Jahren entsorgt).

Beim Anlegen von 18 kV (Ende der Pfeilmarkieren am Drehknopf, nicht am Anschlag, dahin traue ich mich nicht mehr, als dort kräftige Überschläge mit langen Funken im Innern des Netzteils auftraten, wenn Lichtbogen aussen bzw. Koronaentladung ja, aber nicht wenn nur die Kugelkondensatoren an Plus bzw. Minus angeschlossen sind) ...

... tut sich nicht viel: einige nahe Kügelchen heben zwar ab und fliegen zur nahen Platte, bleiben dort aber kleben.

Ich reduziere den Plattenabstand auf ca. 1 cm Abstand. Die "innere" steht jetzt etwas wackelig im "Aqaurium" nicht fixiert. An einem Styroporkügelchen beobachte ich, wie es von der linken Platte (+) zur rechten (Erde, -) fliegt und nach mehr als einer Minute sich wieder zum Ursprungsort zurück bewegt. Keine Spur von hin- und herfliegenden Wolken aus Styroporkügelchen. Das war also immer noch nichts.

Auf einmal zeigen sich gelegentliche Funken innen auf der Wand des "Aquariums", wo sich die nicht genau parallelen Platten am nächsten kommen. Die Funken laufen auf der Oberfläche der Styroporkügelchen entlang und offenbar auch entlang der Seitenwand des "Aquariums". Dann ereignet sich ein langer Funke, der an den scharfen Plattenecken entspringt, das "Aquariums" verlässt und sich im Bogen zur Gegenseite spannt. Das dürfte der dortige Feldlinienverlauf sein, der an den Außenseiten eines Kondensators sich in dessen Außenbereich hineinbiegt.

Bei jedem Überschlag weicht die nicht-fixierte Platte zurück, und der Ausschlag des angeschlossene Elektrometers geht zurück. Nach dem Verlöschen des Funkens bewegt sich der Zeiger vom Elektrometers wieder nach oben und die nicht-fixierte Platte bewegt sich wieder deutlich sichtbar auf die fixierte Gegenplatte zu. Nicht nur der Funke (Überschlag, Lichtbogen) ist zu hören, auch diese mechanische Plattenbewegen, die sich ja gegenseitig stark anziehen, wenn 18 kV anliegen.

Bis zu 15 mm sind die hellen Funken lang, viel weiter als zwischen den Spitzen einer Funkenstrecke zu erreichen wären. Und es werden immer mehr. Imho müssen hier thermische Effekte auf der Innenseite des "Aquariums" eine Rolle spielen. Dieser Entladungstyp, entlang von Oberflächen, nicht zwischen ihnen bzw. über sie hinweg, ist aus der Experimentalphysik bekannt ["Gleitentladung" ?]. Schön, das jetzt so deutlich im eigenen Experiment zu beobachten, zusammen mit der Anziehungskraft der geladenen Platten. Das hatte ich nicht erwartet.

Mir ist das langsam nicht mehr ganz geheuer, und ich breche ab. An der Innenseite vom "Aquarium" ist aber keine Veränderung zu sehen (weder Schwärzung noch Aufschmelzungen usw.)

l Ein freistehender Luft-Kondensator (ohne störende, umgebende Kunststoffwände) wäre viel besser geeignet, mit waagerechten Platten, dazwischen die Styroporkügelchen, und wieder ein Elektrometer angeschlossen. Wenn sich ein durchsichtiges Behältnis darüber setzten ließe, wären vielleicht auch Versuche mit Styroporkügelchen oder sogar mit Eisenfeilspänen möglich, wobei letzteres in einer kleinen Schweinerei ausarten dürfte. Ein Gerüst aus Kunsstoffprofilen, mehreren in verschiedenen Abständen, dann brauche ich keine Löcher in den Cu-kaschierten Platinen nieder zu bringen, die als Kondensator-platten vorgesehen sind.
l Dann könnte ich auch mit einer Styroporplatte und anderen plattenförmigen Materialen Versuche zur relativen Dielektrizitätszahl und der elektrostatischen Kraft machen, welche versucht, das Dielektrikum in den Zwischenraum des Plattenkondensators hinein zu ziehen. Ein neues kleines Bastelprojekt. Senkrecht gestellt ließe sich auch ein Kraftmesser zum Messen dieser Kraft einsetzen.
l Kraftmesser auf ebay suchen

Funkenstrecke mit Spitzen (Lichtbogen (Durchschlag) u. Koronaentladung)

Ich wiederhole diesen Versuch mit den beiden Spitzenelektroden, die inzwischen auf Rahmen aus Kunststoffprofilen mit Handgriff montiert sind und sich so äußerst präzise bewegen und ausrichten lassen. Im Dunkeln (nur die Betriebsanzeige des HV-Netzteils erhellt die Szene) kann ich bei Koronaentladung die Spitzen vorsichtig bis auf fast 20 mm auseinander schieben, bis ich nichts mehr höre, nur noch an den Spitzen der Funkenstrecke sind schwächste Entladungen zu sehen.

Schiebe ich jetzt beide Spitzen wieder etwas zusammen, tritt leises Sirren auf, und von beiden Elektroden wächst ein hauchfeiner schwacher blauer Entladungsfaden heraus auf die Gegenspitze zu. Der Teilfaden an der Anode (Pluspol) ist dabei bedeutend länger als der aus der Kathode (Minuspol) heraus wachsende Teilfaden. Schließlich berühren sich beide Teilfänden und werden zu einem einzigen, durchgängigen Entladundsfaden.

Erst bei einer Schlagweite von ca. 5 mm kommt es dann ohne Übergang zum bekannten hellen, durchgängigen Lichtbogen, mit dessen Erscheinen auch auch das laute Geräusch des permanten Durchschlags einstellt.

Glühlampe, Leuchtstoffröhre und Hochspannungsableiter zwischen den Spitzen der Funkenstrecke

Bislange hatte ich nur eine kugelige Glühbirne und eine Bienenkorb-Glimmlampe zwischen den Spitzen der Funkenstrecke gesetzt. Heute setze ich dies fort mit einer schmalen Kerzen-Glühbirne. Wie bei der kugeligen Glühbirne zeigt sich kein Effekt.

Aber die kleine Leuchtstoffröhre (l = 20 cm, Dm. = 12 mm, "6 Watt") ist ein Gedicht. An den Ein- und Ausstrittsstellen zeigen sich auf der Innenseite weißblaue helle Leuchtflecke und auch kurze gezackte Blitze, mich erinnert das an eine "Plasmakugel".

Beim Berühren des Glasmantels mit den Spitzen und auch bei großer Entfernung der Spitzen zum Glasrohr sind keine Lichtflecken zu sehen, sondern nur diffus verteiltes Licht im Volumen des Rohrs erhellt die Szenerie.

Währen all dieser Veränderungen ist - auch ohne Berührung mit den Spitzen der Funkenstrecke - ein lautes Surren zu hören.

Ich halte die Leuchtstoffröhre in den Zwischenraum der beiden Kugelkondensatoren: dieselben Effekte wir in der Funkenstrecke, nur heller und lauter. Jetzt geht auch der Ausschlag des Elektrometers etwas zurück.

In der Bastelkiste befindet sich noch ein gasgefüllter Überspannungsableiter, mit massiven Spuren erfolgreicher Tätigkeit: beide Elektroden sind Teile von Kugeln, die sich wie zwei Kugelkondensatoren gegenüber stehen. Die abschattungsfreie Zone auf dem Glasmantel ist deutlich geschwärzt, wie die Bienenkorblampe bei mir im Dauereinsatz, offenbar Materialabtrag, der sich hier auf der Innenseiten abgesetzt hat.

Bereits unterhalb von 2 kV stellte sich eine schwache Glimmentladung an beiden Elektroden ein. Die Spannung wird höher gestellt. Trotz 2 Gigaohm in der Zuleitung bleibt das Elektrometer in Ruhestellung, es baut sich also keine Spannung auf, die Glimmentladung schließt verlässlich kurz und übt so ihre Schutzwirkung aus. Bei steigener Spannung nimmt die Intensität der roten Leuchterscheinung (Neon ?) zu, das Glimmlicht überzieht die gesamten Flächen der Kugelförmigen Elektroden, aber selbst bei 18 kV wird verlässlich kurzgeschlossen, ohne Ausschlag am Elektrometer.

Styropor-Kügelchen und -Flocken zwischen beiden Kugelkondensatoren

Zuerst häufe ich die Flöckchen auf dem flachen Kurzschlussbügel auf und führe diesen zwischen die beiden Kugelkondensatoren. Ich lasse so ziemlich alles aus Styropor in die Engstelle zwischen den Kugeln fallen, was dort hinein passt. Die Versuche bieten vielfältige Möglichkeiten und ihre Ergebnisse. Die kleineren Kügelchen kleben an der Oberfläche der Kugeln. Oder sie fallen von oben kommend nur leicht abgelenkt hindurch, sie sind zu schnell. Die großen Flocken "verkanten" sich zwischen beiden Kugeln und bleiben dort.

Es stellt sich heraus, dass mittelgroße Flocken am besten für spektakuläre Effekte sind: mit einem Plastiklineal werden die Flocken passend verschoben, bis sie zu zittern beginnen. Selbst wenn sie sich nicht erkennbar bewegen, ist dennoch ein entsprechendes Geräusch laut zu hören. Die Entfernung wird nun vorsichtig vergrößert: Und jetzt schwebt die Flocke im Zwischenraum mit Abstand zu beiden Seiten. Sie bewegt sich so schnell, dass sie unscharf erscheint. So schnell und mit so hoher Amplitude pendelt und vibriert sie zwischen den Elektroden (Kugelkondensatoren) hin und her. Einer der schönsten Versuche bisher.

Bei großen Flocken geht das auch. Ich empfehle diese sogar, da aufgrund der Größe der Flocke deren Pendelbewegung so langsam erfolgt, dass sie sich gut verfolgen lässt. Denn über kurz oder lang fallen sie aufgrund des höheren Gewichts aus der Engstelle heraus und entziehen sich der Fortsetzung des Versuchs. Einmal gelang, eine solche Flocke eine Minute lang mit ca. 5 Hz pendeln zu lassen.

Kerzenflamme unter Hochspannung

Das war der Höhepunkt meiner letzten "Hochspannungsnacht", die vorletzte Nacht stattfand und vier Stunden dauerte. Wie kam ich auf die Kerzenflamme? In einem Buch der Elektrostatik oder Experimentalphysik hatte ich gelesen, dass sich ein geladener Kondensator entlädt, wenn sich eine Flamme zwischen den Elektroden befindet. Diese ionisiert die ansonsten isolierende Luft, und damit fließt Strom, das "Ende der Elektrostatik". Da ich eine Abneigung gegen verrusste Oberflächen von ansonsten blitzblank polierten Kugelkonendsatoren habe, kam ich auf den umgekehrten Gedanken: nicht entladen, sondern aufladen, aufladen durch eine Kerzenflamme hindurch. Dies war die Grundlage eines Versuchs, der nun geschildert wird. Auch hier gab es sehr viele Varianten, ich fasse grob zusammen.

Ich stelle ein brennendes Teelicht unter die Anodenspitze einer Funkenstrecke. Die Entfernung wird vergrößert, der Lichtbogen geht in eine Koronaentladung über, die ich schließlich nur noch mit dem Gehör verfolgen kann. Selbst mit einer Entferung zur Kathodenspitze von 16 cm, höre ich immer noch das sirrende, brozzelnde Geräusch der Koronaentladung.

Ich schließe den Blechnapf des brennenden Teelichts ans Elektrometer an, kann aber [zunächst] keine Aufladung feststellen. Vielleiht isoliert das noch feste Kerzenwachs?

Wenn die Koronaentladung an der Anode sirrt, zeigt sich die sonst spiegelglatte flüssige Wachsoberfläche unruhig. Seltsam. Und die Kerzenflamme reckt sich dabei in die Höhe und pulsiert. Als ich wieder aufs Elektrometer schaue, befindet sich dessen Zeiger auf dem 2. Strich (ca. 6 kV).

Führe ich die Spitze der Kathode an den Blechnapf des Teelichts heran, beginnt die Kerzenflamme sehr stark an zu flackern und wird wie beu einem starken Windzug mit breiter Flamme in Richtung Kathode "geblasen". Geht bei Annäherung der Kathode an die Anode die Koronaentladung in einen Lichtbogen über, und die Anzeige des Elektrometers geht zurück. Die Flamme zuckt im Takte der Überschläge vom Blechnapf zur Kathode. Damit ist klar, dass die positiven Ladungen bis zum Napf gelangen.

Halte ich die Kathode direkt an den Blechnapf, scheint die nicht mehr zuckende Flamme im Kreis um ihrend Docht herum zulaufen. Und das Elektrometer lädt sich wieder bis auf ca. 6 kV auf.

Wird die Kathodenspitze derAnodenspitze angenähert, zeigt sich kein blauer Lichtbogen, sondern die Koronaentladung wird sehr laut. Nur bei exakter Ausrichtung Spitze auf Spitze wird ein Überschlag sichtbar. Erstaunlich, dass selbst bei Annäherung beider Spitzen auf 1 mm fast nie ein Lichtbogen sichtbar wird. Ich vermute, dass dies nicht die Folge einer Überstrahlung durch die helle Zone der Flamme ist.

Halte ich die Kathodenspitze in die Flamme, strahlt eine feine und kurze, aber helle Stichflamme fast geradlinig zur Spitze der Kathode. Vielleicht werden die Atome und Ionen der Kerzenflamme durch Kationen von der Anode aus mitgerissen. Zusätzlich dürfte aber auch die Leitfähigkeit der Flamme bei diesem Effekt mitwirken.

Ähnlich den Verhältnissen im Faraday-Becher dürften über die Flamme in den Napf gelangenen Ladungen sofort auf dessen Aussenseite fließen.

Tauche ich die Kathode ins flüssige Wachs (Wachs inzwischen fast vollständig geschmolzen), zeigen sich kein Funken.

Koronaentladung zwischen den Spitzen erfolgt über die Flamme hinweg auf eine Entfernung von bis zu 30 mm. Ich stelle nun das brennende Teelicht einige cm weit weg, der Ausschlag des Elektrometers geht zurück. Die maximale Schlagweite zwischen Kathode und Blechnapf ist nur noch gering, die Aufladung (der Aufladungsstrom) über die Kerzenflamme hat also deutlich abgenommen. Die maximale Schlagweite zwischen den Spitzen der Funkenstrecke hat stark abgenommen, der hier ohne Kerzenflamme typische Lichtbogen (Durchschalg) ist wieder sichtbar.

Als ich das Teelicht ausblase, sinkt die Anzeige des Elektrometers bis auf "Null". Es erfolgt kein Nachschub mehr über die Kerzenflamme, da diese nicht mehr existiert.

Imho bestätigt dieser Versuch, dass die brennende Kerzenflamme leitfähig ist, aus dem elektrostatischen Feld der weiteren Umgebung der Funkenstrecke Ladungen aufnimmt und diese (direkt oder indirekt) auf die Außenseite des Blechnapfes transportiert, wo sie von einem Elektrometer angezeigt werden können.

Das war der interessanteste Versuch in dieser nächtlichen 4-stündigen "session".

Ideen für weitere Versuche

l dünne Dielektrika zwischen den Spitzen der Funkenstrecke stellen (Kunststofffolien, Metallfolien, mit Wasser benetzte Folien)
l Dosimeter (zum Nachweis, ob Röntgenstrahlung entsteht)
l Feuerlöscher (CO2-Löscher, Klasse E)

---( ende posting )---
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Wie zünde ich eine Kerze unter Hochspannung an?

Ungelesener Beitragvon hgd » 13. Okt 2013, 23:46

(Hochspannung, Hochspannungsversuche, Versuche, Experimente, Elektrostatik, Kerzenflamme)
Hochspannungsversuche (IV)

Hallo Liste,

Die elektrostatische Wirkung einer Kerzenflamme (I)

Bei den letzten Versuchen mit Entladungen zwischen den Spitzen einer Funkenstrecke konnte ich die Entfernung zwischen beiden spitzen Elektroden dann bedeutend vergrößern, wenn eine brennende Kerzenflamme im Spiel war. Dies ging so weit, dass selbst bei über 10 Zentimetern Entfernung, beim Verschieben der negativen geerdeten Elektrode (die Kathode) "ins Unendliche", die Entladung mit bzw. über die Kerze bzw. die Kerzenflamme nicht unterbunden wird.

Es war nun unausweichlich, dieser Frage meine Aufmerksamkeit zu widmen. Ich verzichte im heutigen Versuch auf die Funkenstrecke. Aufgeladen wird eine einpolige Anordnung bestehend aus Elektrometer, Kugelkondensator und Teelicht. Diese drei sind elektrisch verbunden, und jede Komponente befindet sich auf einem isolierten Stab.

Sie wird händisch aufgeladen wie folgt: der Pluspol des 18-kV-Netzteils (die Anode) lädt permanent einen Kugelkondensator auf durch eine direkte Verbindung. Dieser Kugelkondensator befindet sich so nahe neben dem Kugelkondensator der oben beschriebenen Anordnung, dass mit einer isolierten Metallkugel an einem langen isolierenden PVC-Rohr ein Kurzschluss zwischen Kugelkondensatoren möglich wird (durch gleichzeitiges Berühren mit dieser dritten Kugel). Bei höheren Potenzialunterschieden zwischen dem eigentlich Versuchsaufbau und der Ladungsquelle ist der Ladevorgang akustisch (Knall, Bruzzeln) und optisch (Funken, Lichtbogen) erkennbar. Genauere Auskunft über den Ladungszustand gibt das Elektrometer der Dreierkombination. Bei diesem Versuch kommt dem Elektrometer große Bedeutung zu.

Das Teelicht ist "nackt": sein Blechnäpfchen wurde entfernt. Der metallene Dochthalter steht auf dem Boden einer umgedrehten kleinen Blechdose, deren Öffnung nach unten zeigt und am unteren Rand mittels Krododilklemme und Kabel mit dem Elektrometer und dem Kugelkondensator verbunden ist. Der nach oben zeigende ebene Blechdosenboden ist metallisch blink. Der Dochthalter befindet sich also auf dem Potenzial der Dreierkombination. Obere untere Ränder der Blechdose sind umgebördelt, eine Spitzenentladung (Koronaentladung) wie an den spitzen Elektroden der Funkenstrecke der letzten Experimentiernacht ist nicht möglich. Auch der scharfe Rand des Blechnäpfchens kann diese Art von Entladung nicht zeigen, weil das Näpfchen dem Versuchsaufbau fehlt.

Schritt 1

Die Anordnung wird auf 18 kV aufgeladen, das Teelicht ohne Näpfchen ist noch nicht entzündet. Über viele Minuten Elektrometer hält die Dreieranordung seine Ladung, keine Ladungsträger fließen ab. Nach ca. 10 Minuten, als sich nichts tut, beende ich diesen 1. Schritt mit dem Ergebnis: sehr gute Isolation der "kalten" Kerze.

Schritt 2

Jetzt soll die Kerzen (das Teelicht ohne Blechnäpfchen) entzündet werden. Ich hatte mir in den Kopf gesetzt, dies unter Hochspannung vorzunehmen, um auch den Vorgang der erwarteten Entladung (und nicht nur dessen Endzustand) mitzuerleben.

Wie zündet man eine auf 18 kV aufgeladene Kerze an, ohne eine "gewischt" zu bekommen? Eine mögliche Entladung über den Experimentator hätte ja das Experiment beeinträchtigt.

Ich klebte mit transparentem Tesafilm ein längeres Streichholz (seither nenne ich diese "Hochspannungszündhölzer") am Handende fest, nahm die Kugel als Griff in die Hand, zündete das Streichholz mit einem Gasfeuerzeug an, und näherte es dem bereits vorher schon einmal entzündet gewesenem Docht.

Also, alles wieder auf 18 kV bringen, das Hochspannungszündholz entzünden, und als dieses brennt, damit schnell zum Kerzendocht. Bereits diese kurze Annäherung führt zu einer Entladung von "Strich 4 1/2" (ca. 17 kV) auf "Strich 3 1/2 (ca. 12 kV), offenbar die Auswirkung der heissen ionisierten Luft der "Zündflamme". Und schnell wieder weg, sobald die Flamme des Teelichts gerade beginnt aufzulodern. Und dann ...

Schlagartig fällt der Zeiger des Elektrometers auf Null.

Das überrascht mich außerordentlich, mit einem so schnellen Abfluss der Ladung hatte ich nicht gerechnet. Und die Entladung ist komplett: ein Kurzschluss des Kugelkondensators gegen Erde führt zu keinerlei noch so winzigen Bewegung des Zeigers.

Damit ist bewiesen: Die Ladungen verlassen die Anordnung nicht über metallische Teile, sondern ausschliesslich über heisse ionisierende Luft oder/und Kerzenflamme oder/und flüssiges Wachs oder/und mit flüssigem Wachs getränkten Docht.

Schritt 3

Ohne die Kerzeflamme zu löschen, lade ich die Anordnung erneut auf "18 kV" auf. Zwischen den beiden Kugelkondesatoren springt beim "Schließen des Schalters" jedesmal ein kräftiger Funken (Lichtbogen) über, sofort gefolgt von einem kräftigen Satz des Zeigers des Elektrometers nach oben. Und nach Entfernen der kurzschließenden kleineren Metallkugel am Ende des PVC-Rohrs ist die gesamte Ladung sofort wieder verschwunden. Ohne dass es dazu einer Funkenstrecke mit 1 oder 2 spitzen Elektroden bedurft hätte.

Und die "18-kV-Stellung" wird auch nicht mehr erreicht, mit dem brennenden Teelicht ist nur noch eine maximale Aufladung auf "4 Strich" (15 kV) möglich. Die Entladung über die Kerze bewirkt einen Entladungsstrom, den das 18-kV-Netzteil nicht vollständig liefern kann.

Lt. Gerätekarte des 18-kV-Netzteils beträgt dessen "... maximal zu entnehmende Strom ... unter 0,5 mA". Zu sehen, wie lautlos 0,5 mA über eine brennende Kerze fließen und unsichtbar im auf Erdpotenzial liegenden Universum verschwinden, das fasziniert mich und ist der bisherige Höhepunkt meiner Elektrostatik-Versuche.

Schritt 4

Ich blase die Kerzenflamme während der permanenten Ladung aus: sofort steigt die Spannung am Elektrometer wieder auf ihre gewohnte "18-kV-Marke" und bleibt dort stehen, auch wenn ich danach die Aufladungsverbindunge zum 18-kV-Ausgang des Netzteils aufhebe. Wiederum hält dieser Zustand für einige zig Minuten an, bis ich die Geduld verliere und abbaue: die Kerze ist wieder in ihren vollständig sperrenden Schaltzustand zurück gekehrt.

Gruß
Hans-Günter
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Die Kerze als EIN-AUS-Schalter

Ungelesener Beitragvon hgd » 14. Okt 2013, 23:01

12.10.2013
Die elektrostatische Wirkung einer Kerzenflamme (II)

Der hier beschriebene Versuch setzt die Versuchsreihe mit einer Kerze (zuletzt am 14.10.13 hier gepostet als "[b]Wie zünde ich eine Kerze unter Hochspannung an?[/b]") fort. Dort hatte ich eine einpolige Anordnung bestehend aus Elektrometer, Kugelkondensator und Teelicht (alle drei elektrisch verbunden) auf +18 kV aufgeladen und gezeigt, dass es nur die brennende Kerze (ein Teelicht ohne Blechnäpfchen) war, welche eine sofortige Entladung der eben beschriebenen Anordnung bewirkte.

Es bleibt aber noch eindeutig(er) zu zeigen, dass es die Kerzenflamme ist, über welche der Entladungsstrom (von ca. 0,5 mA) zum negativ geladenen "Universum" (Erde, -18-kV-Pol) fliesst, einem Weg folgt, welcher zusätzlich zur Kerzenflamme über den metallenen Dochthalter und den Kerzendocht führt (alle in Reihe geschaltet). Denn eines ist ziemlich sicher, dass kaltes Wachs keine Entladung bewirkt.

* Der Versuch müsste und könnte erweitert werden mit einem Teelicht ohne Kerzenflamme, aber mit einer größeren "Pfütze" aus flüssigem Wachs an der Oberfläche.
* Möglich wäre danach, auch noch auf den Docht zu verzichten (ihn aus dem Wachs zu ziehen oder heraus zu bohren) und nur flüssiges Wachs im Zentrum zu haben, denn bei 18 kV dürfte sich an der Spitze des Dochtes, eine höhere Feldstärke einstellen.
* Etwas schwieriger wäre es, einen Kerze zu nehmen, die bis auf die Durchführung für den Docht metallisch abgeschirmt ist. In meinem "Lampenset" aus Bw-Zeiten ist vielleicht eine solche vorhanden. Zunächst würde dann wiederum versucht, ob ohne Flamme, eine Entladung stattfindet. Erst danach ergäbe ein Versuch mit Kerzenflamme einen Sinn.

Was sich aber bereits jetzt durchführen lässt, ist, die metallische Verbindung des Teelichts zur mit 18 kV aufgeladenen Anordnung zu unterbrechen, durch eine Isolierung. Denn es ist immer noch möglich, dass die Entladung nicht über die Kerze sondern über die (durch die Hitze der Kerzenflamme) ionisierte Luft erfolgt, also an dem Teelicht vorbei.

Zu diesem Zweck stülpe ich über die umgedrehte Blechdose eine ebenfalls umgedrehte keramische Tasse (keinen Mug) und wiederhole die Aufladung bei brennender Kerze. Diese wird zweifelslos das Teelicht elektrisch isolieren. Die durch die Flamme ionisierte Luft stünde dann alleine als Entladungsweg zur Verfügung.

Ergebnis:

Der Versuch beginnt wie gewohnt mit der Aufladung bei noch nicht entzündetem Teelicht. In den nächsten 2 Minuten ist nur eine geringe Entladung beobachtet. Erwartungsgemäß ist die Anordnung gut isoliert.

Nun wird das Teelicht entzündet und erneut mit ca. 18 kV aufgeladen. Die Entladung erfolgt extrem langsam, weil der Weg über das Teelicht bzw. die Kerzenflamme unterbunden ist, das Teelicht wird durch die Keramiktasse gegenüber den +18 kV isoliert.

Ich rücke den ersten Kugelkondensator (noch auf 18 kV) ca. 10 cm weg, um eine mögliche Beeinflussung zu minimieren, aber das ist nicht erforderlich, am Elektrometer tut sich nichts.

Blase nun die Kerzenflamme aus. Nach weiteren 18 Minuten steht der Zeiger des Elektrometers bei 16 kV, Nach 52 Minuten ist die Anordnung immer noch mit 6 kV aufgeladen. Aber das überrascht nicht.

* ich möchte nun die dicke Keramiktasse ersetzen, durch kleinere Folienstücke, welche schrittweise nur den Dochthalter, nur die Teelicht-Unterseite und nur den Boden der umgedrehten Blechdose abdeckt. Vielleicht noch etwas weiter über diesen Hinaus.

Damit wird der Versuch von doppelter Bedeutung, könnte ich die Durchschlagfestigkeit von Kunsstofffolien und deren elektrische Oberflächenfestigkeit prüfen, vielleicht sogar eine kleine Funkenstrecke aus aufgebogenen Büroklammern anbringen zwischen Kerzenboden und Dosenboden, was allerdings etwas Überlegung für eine konstruktive Realisierung erfordert.

Zweitens und wichtiger wäre aber zu sehen, was passiert, wenn der Luftstrom entlang der Außenseite der Blechdose ungehindert nach oben und dann entlang des Teelichts und seiner Kerzenflamme strömt. Würde bei effektiver Isolierung (durch die Folienstücke) eine Entladung erfolgen? Wäre dies nicht, oder nur in geringem Maße der Fall, wäre damit die überragende Rolle der Kerzenflamme nochmals ein Stück weiter bestätigt.

Gruß
Hans-Günter
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Kerzendimmer mit Hochspannung

Ungelesener Beitragvon hgd » 16. Okt 2013, 22:56

Hallo Liste,

ich setze die Versuchsreihe zur Leitfähigkeit (Entladungswirkung) der Kerzenflamme (am Beispiel eines Teelichtes (mit und ohne metallenes Blechnäpfchen) fort. In seinem Verlauf 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.

Zuletzt hatte ich unter dem Teelicht eine dieses isolierende Keramiktasse (umgestülpt, Öffnung nach unten, über eine kleinere Blechdose - ebenfalls nach unten geöffnet) "eingeschleift". Die Blechdose ist über ein Kabel mit dem Elektrometer und dem Kugelkondensator von ca. 2,5 pF verbunden (genauere Beschreibung s. frühere Berichte).

Insgesamt führte ich 10 weitere Versuche durch, deren Details ich hier überspringe und nur einen einzigen Versuch darstelle und es ansonsten bei einer tabellarischen Zusammenfassund und Auswertung bewenden lasse ...

Teilversuch 1.10

Ohne Plastikdöschen, mit direktem Kontakt des metallenen Dochthalters zum Boden der umgestülpten Blechdose erfolgt die vollständige Entladung (wie früher bereits gezeigt und jetzt wiederholt) in weniger als 1 s.

Zudem beobachte ich, dass bei jeder schlagartigen Aufladung auf 18 kV die Kerzenflamme kurz zuckt, sich in axialer Richtung ein kleines Stück zusammenzieht, kürzer wird und wohl dadurch das Teelicht insgesamt auch kurzzeitig etwas dunkler leuchtet. Das deutet auf ein Entwicklungspotenzial als "Kerzendimmer" hin.

tabellarische Zusammenstellung

Nr. Teelicht Isolierung des Orientierung Entladung auf Anmerkung
... Teelichts der Isolierung kV in ...

1.1 brennt gr. Plastikdose nach unten 20 s im Blechnapf
1.2 brennt gr. Plastikdose nach oben 15 s im Blechnapf
1.3 gelöscht gr. Plastikdose nach unten 34 s ohne Blechnapf
1.4 brennt gr. Plastikdose nach unten 17 s ohne Blechnapf
1.5 brennt gr. Plastikdose nach oben 23 s ohne Blechnapf
1.6 brennt Keramiktasse nach unten 25 s ohne Blechnapf
1.7 brennt Keramiktasse nach oben 27 s ohne Blechnapf
1.8 gelöscht kl. Plastikdose nach unten 75 s ohne Blechnapf
1.9 brennt kl. Plastikdose nach unten 21 s ohne Blechnapf
1.10 brennt ohne - < 1 s ohne Blechnapf

Eine Auswertung könnte so aussehen:

brennt Isolierung nach oben geöffnet Entladung in 27 s,
brennt Isolierung nach unten geöffnet Entladung in 21 s,
gelöscht Isolierung nach unten geöffnet Entladung in 34 s bzw. in 75 s
brennt ohne Isolierung Entladung in <1 s.

Bei einem ersten Versuch bei nicht ganz so hoher Luftfeuchtigkeit, war bei noch nicht entzündetem Teelicht selbst nach 10 Minuten noch keine Entladung festzustellen gewesen. Dies stellt die Frage nach der Auswirkung der Temperatur des festen Wachses bzw. des noch flüssigen Wachses in der Umgebung des Dochtes auf die Leitfähigkeit. Und den Abbrenngrad des Teelichtes. Dies zu erforschen bedarf längere Versuchsreihen und präziser Messungen des Enladungsvorgangs. Das kann und will ich nicht leisten.

Der Luftstrom, dessen möglicher Verwirbelung durch unterschiedliche Orientierung der Isolierenden "Dosen", ist minimal, zeigt aber eine Leitfähigkeit durch heisse, ionisierte Umgebungsluft.

Diese Leitfähigkeit kommt aber nicht im Entferntesten an die Leitfähigkeit der direkt auf den geladenen leitenden Teilen stehenden Teelichts heran, wenn dessen Flamme brennt. Daraus entnehme ich: die Entladung erfolgt zu einem geringeren Teil durch das erwärmte und teilweise aufgeschmolzenen Wachs des Teelichts, die Entladung wird aber dominiert durch dessen Kerzenflamme.

Es sollte auch möglich sein, die maximale Stromstärke, welche durch die Kerzenflamme während der Entladung fliesst, annähernd zu bestimmen.

Ich nehme hierzu die Kapazität des Kugelkondensators von 5 pF an und erhöhe den Wert auf 10 pF um die zusätzliche Kapazität gegen Erde der Leitungen, des Teelichts (Dielektrikum) und des Elektrometers zu berücksichten. Die Entladung wird schneller als die <1 s sein, weil der Zeiger des Elektroskops durch den Luftwiderstand behindert, seine Bewegung verlangsamt wird. Ich setzte 0,2 s ein. Damit ergibt sich ein Entladungsstrom von 0,9 µA, also deutlich weniger als die 0,5 mA maximale Stromstärke des 18-kV-Netzteils. Das zeigt sich bereits darin, dass bei der Verbindung mit dem Netzteils selbst im Entladungsfall die Spannung auf 18 kV verharrte und nicht einbrach. Die maximale Spannung des Netzteils, gemessen mit dem HV-Tastkopf war allerdings 17,2 kV. Der hohe Messstrom dürfte um ein Mehrfaches höher sein als die "Kerzenstrom". Mit dem HV-Tastkopf an einem Oszilloskop ließen sich vielleicht hinweise auf die Dauer des Entladunsvorgangs gewinnen. Aber auch hier stört der erwartete hohe Messstrom durchs Voltmeter, d. h. durch den Tastkopf.

Die Größenordnung des Widerstandes des Teelichts im brennenden Zustand lässt sich noch aus dem Ohmschen Gesetz ableiten zu 20 GOhm, das ist größer als meine "größten" Widerstände. Die Messung mit einem Oszilloskop dürfte daher ebenso am geeigneten Tastkopf scheitern.

Es bleibt nur der Einsatz eines elektrostatisch messenden Hochspannungs-Voltmeters, mit dem kleine Spannungsunterschiede auf hohem Potenzial und damit auch Spannungsabfälle an sehr hohen Widerständen (incl. dem "Teelichtwiderstand") bestimmen ließen. Aber soweit bin ich noch nicht.

Eine aufwändige Vorgehensweise bleibt noch: sehr hohe Kapazitäten parallel zu den Kugelkondensatoren zu schalten, durch den Bau von Plattenkondensatoren (ein Versuch ist gestern gescheitert wegen Entladungen entlang der Kunststoffschrauben, der Kreisflächenkondensator aus dem dem KOSMOS-Experimentierkasten wäre eine Möglichkeit (heute Nachmittag begann ich mit ersten Versuchen mit diesem Kasten ... und näherte mich damit wieder dem Kernthema dieses Forums an, dort werde ich natürlich auch die den 18-kV-Generator anschliessen :-)) und auch Leydener Flaschen zu bauen, aus Plastikbechern für Joghurt und Müsli aus der Bäckerei, aus Marmeladengläsern und aus einem über 60 Jahre alten Einmachglas zu bauen. Damit steigt aber die Gefahr beim Experimentieren, weil der Entladunsstrom zunimmt (es ja auch soll). Es wird damit auch lauter, nachst dürfte ich dann nicht mehr experimentieren. Ich selber habe ja Gehörschutz. Und die nähere Verwandschaft sammelt bereits seit Monaten geeignetes "Rohmaterial". Wenn es dabei ein C zerreisst, wäre das ja nicht ganz so schlimm (Schutzbrille). Aber ölgefüllte Cs, gibt es ja alles über ebay zu kaufen, die kommen mir nicht in die Wohnung. Habe mir neulich bereits ungewollt eine Altlast eingehandelt.

Egals was passiert, Hochspannung bleibt spannend.

Gruß
Hans-Günter
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Kerzenwind, Elektronenwind, Ionenwind

Ungelesener Beitragvon hgd » 17. Okt 2013, 22:27

Hallo Liste,

eben habe ich festgestellt, dass diese Versuchsserie besser in "Bastelecke" gehört, weil es dort heisst "mit und ohne unsere Experimentierkästen". Ich bitte das zu entschuldigen, bleibe aber hier, solange mir nicht nahegelegt wird, die Texte nach dort zu verschieben. Würde das ohne sofort tun.

Ich setze die Kerzenflammenversuche fort, möchte aber zunächst versuchen, den Widerstand von kaltem Wachs und flüssigem Wachs des Teelichtes zu bestimmen. Mit Ohmmeter (R > 20 MOhm) wie Amperemeter mit empfindlichstem Messbereich (2 mA) und externer Spannung von 60 V erfahre ich nur, dass selbst auf wenige Millimeter der Widerstand im Wachs vom Teelicht >122 MOhm beträgt. Selbst im flüssigen Wachs zeigt sich kein Hauch von Strom. Also gilt: der Widerstand von Wachs im Teelicht (egal ob fest oder geschmolzen) liegt oberhalb bei >122 MOhm und kann somit nur mit Hochspannungsmesstechnik weiter eingekreist werden. Nicht wirklich eine Überraschung.

Leider gibt es auch an der Front des elektrostatischen Voltmeters keinerlei Fortschritte. Und damit endet dieser Weg (hoffentlich nur vorläufig) in einer Sackgasse.

Die elektrostatische Wirkung einer Kerzenflamme (IV)

Elektronenwind, Kerzenwind, Ionenwind

Im Internet hatte ich bereits zweimal den Vorschlag gelesen, mit den von einer negativen Spannungsquelle ausströmenden Elektronen, dem "Elektronenwind", eine Kerzenflamme zu löschen, gewissermaßen mit einem "Kerzenwind" auszublasen. In meinen Augen ein ziemlich spektakulärer Versuch. In einer Abbildung wird gerade eine Kerzenflamme von einem Bandgenerator ausgeblasen, also mit vermutlich 200 kV. Das wollte ich auch einmal mit den 18 kV meines HV-Netzteils versuchen.

Die Wirkung wird wie folgt erklärt: die Elektronen entströmen einer geladenen Spitze und reissen dabei Luftmoleküle mit sich, es ist dieser Wind, welcher die Kerzenflamme ausbläst.

Die Wirkung ausströmender Elektronen ist auch die Ursache der Bewegungen des Segnerrads (Sprührad) und eines (anderen) elektrostatischen Motors. Hier wird der Rückstoß ausgesprühter Elektronen genutzt. Das sind Versuche, auf die ich mich ebenfalls noch freue. Aber jetzt zum Kerzenwind.

Die positve Elektrode (mit max. 18 kV, die Anode) wird mit einer einer Spitzenelektrode verbunden, der Erdanschluss (Minuspol, Kathode) des Netzgeräts mit der anderen Spitze. Die Elektronen sprühen von der Kathode aus. Vor ihr werde ich die Flamme des Teelichts, auf gleicher Höhe, postieren; die Anode wird weiter weg gestellt, zunächst 30 cm entfernt. In dieser Anordnung kann ich allerdings von 2 bis 18 kV keine Wirkung bemerken.

Daher setze ich die Anodenspitze axial der Kathodenspitze gegenüber. Die Kerzenflamme kommt wieder direkt vor die Kathodenspitze. Der Abstand Kerzenflamme zur Anode ist mit 25 mm viel größer.

Und jetzt flackert die Kerzenflamme bei noch nicht ganz 18 kV wie verrückt zur Anode hinüber, und verlöscht, um kurz danach wieder aufzuflackern, und flackert nun laut brausend außerhalb der direkten Verbindungslinie zwischen Kathode und Anode, allerdings zur Kathode hin, wo der Elektronenwind doch her kommt! Bei jetzt 18 kV und Elektronenwind brennt die Flamme nur noch als einseitiger schmaler Saum auf der anodenabgewandten Seite am Docht und verlöscht, wie ausgeblasen.

Nächster Versuch: Die lange Teelichtflamme brennt ruhig senkrecht hoch vor der Kathodenspitze. Mit zunehmender Spannung beginnt sie zu flackern und wird in der senkrechten Ebene zwischen Kathode und Anode auseinander gezogen (sie ist nicht mehr von oben gesehen rund, sondern hat einen rechteckigen, schmalen Querschnitt angenommen, so etwas habe ich bisher noch nie gesehen) und zur Kathode hingezogen, berührt deren Spitze, die hell zu leuchten beginnt (vermutlich weil hier Wachs aus der Kerzenflamme kondensiert und zu glühendem Russ reduziert wird). Dann beginnt die flache, schmale Flamme laut brausend zu flackern und ist kurz danach "ausgeblasen". Die Kathodenspitze ist russgeschwärzt und wird sauber geputzt, so gut es geht.

Abstand Kathode - Anode: 55 mm
Abstand Kathode - Flamme: 5 mm
Abstand Flamme - Anode: 50 mm

Nun wird die Kathodenspitze bis auf ca. 20 mm von der Flamme entfernt. War diese zunächst schmal und in der Vertikalebene der beiden Spitzen, befindet sie sich nun etwas ausserhalb und beginnt wild zu flackern.

Abstand Kathode - Anode: 70 mm
Abstand Kathode - Flamme: 10 mm
Abstand Flamme - Anode: 60 mm

Nächster Versuch. Halte ich die Kathode in den oberen Teil der Flamme, bildet sich eine feine kleine Stichflamme, die sich bis kurz vor die Kathodenspitze erstreckt [das hatte ich bei den allerersten Teelichtversuchen bereits einmal gesehen]. Mit Ausnahme dieser Stichflamme aber befindet sich der Körper der Flamme überwiegend auf der Anodenseite des Dochtes. Die Position der Flamme relativ zur Kathode hat also einen großen Einfluss aufs Erscheindungsbild.

Ich vermute, dass die Stichflamme keine Rückströmung des Elektronenwindes seitlich aus Richtung Flamme zurück zur Kathode ist, sondern dass hier tatsächlich im Plasma der Flamme postive Ionen (ionisiertes positiv geladenes Wachs?) zur negativen Kathode strömt.

Zusammenfassung

Aufgrund der Versuche vermute ich, dass es neben einem Elektronenwind (der ohne Flamme bereits besteht) auch einen Kationenwind (aus positive Ionen) existiert, dessen Ladungsträger allerdings erst durch die Ionisierung von Wachsteilchen, Russ o. ä. im Plasma der Kerzenflamme entstehen. Dazu hätte ich gerne eine Bestätigung bzw. korrekte Deutung aus dem Internet.

Ich sehe diese Versuchsreihe als rundum gelungen an und bin überwältigt von der Vielfalt der Effekte und Erscheindungsformen. Nachteilig ist die teils sehr starke Empfindlicheit bezüglich von geometrischen und elektrischen Parametern. Zwar interessant und ein ergiebiges Experimentierfeld, und jedem Experimentierfreudigen empfohlen, aber sehr schwer kurz zu beschreiben und systematisch zusammen zu fassen. Die Versuchsbeschreibungen aus dem Internet hatten das nicht vermuten lassen, vielleicht ist das zwischen 100 und 250 kV etwas übersichtlicher.

* Die Kerzenflammen-Versuche sind unbedingt bei 100 kV (mit einer Influenzmaschine) und 200 kV (mit einem Bandgenerator) zu wiederholen.

Lichtbögen um dickere Isolierstoffe herum (Ausklang)

Nach diesen Versuchen schaue ich mir noch einmal Überschläge und Koronaentladungen zwischen den Spitzen der Funkenstrecke - ohne Kerzenflamme - an. Habe wie zuvor den Eindruck, dass die Lichtbögen aus winzigen dicht gereihten Abschnitten bestehen. Aber mit Lupe gehe ich da nicht ran, sonst gibt es noch einen in die Nase ...

Und weil das "Hochspannungslineal" aus transparentem Kunststoff herum liegt, halte ich dieses zwischen beide Elektrodenspitzen. Der Lichtbogen wird unterbunden (wie auch die Koronaentladung bei größeren Abständen). Ziehe ich das Lineal langsam zurück, springt ein ca. doppelt so langer Lichtbogen um das Ende vom Lineal herum auf die Gegenseite. Und dieser Lichtbogen verläuft nicht auf der Oberfläche des Lineals entlang (wie bei anderen noch nicht veröffentlichten Versuchen) sondern im Abstand von ca. 1 bis 2 mm. Das erinnert mich an die Hochspannungs-Vorführung im Deutschen Museum in München in den 60er Jahren.

Mit einem Gummiblasebalg konnte ich die Lichtbögen bereits ausblasen, ist aber schwierig, weil sich der Balg nicht gleichzeitig drücke und exakt ausrichten lässt. Aber energisches horizontales Wedeln mit dem "Hochspannungslineal" unterhalb der Funkenstrecke erzeugt genug Wind, der die Überschläge kurz unterbindet. Ein einfacher, harmloser Versuch.

Gestern hatte ich gepostet ...

>
Zudem beobachte ich, dass bei jeder schlagartigen Aufladung auf 18 kV die Kerzenflamme kurz zuckt, sich in axialer Richtung ein kleines Stück zusammenzieht, kürzer wird und wohl dadurch das Teelicht insgesamt auch etwas dunkler leuchtet.
<

Das ist mir nun erklärlich, denn im Entladungsstrom über die Kerzenflamme fließen ja Elektronen aus der Umgebung (Erde) in die Spitze des Kerzendochts ein, genau senkrecht von oben, und deren Elektronenwind drückt die Kerzenflamme exakt axial nach unten. Wenn sich der Entladungsstrom steigern liesse, durch erhöhung der Kapazität der Kondensatoren, sollte es möglich sein, die Kerzenflamme auch (elektrisch) von oben ohne Ausbrechen der Flamme zur Seite zum Verlöschen zu bringen. Mit Ausblasen von oben dürfte das nicht gelingen, zudem besteht die große Gefahr, dass man sich die Schnüss verbrennt ...

Die möglichen Versuche von Über- und Durchschlägen durch dünne Folien unterhalb des brennenden Teelichts [demnächst] werden also erweitert um Über- vielleicht auch einmal Durchschläge durch Folien und dickere Isolatoren. Ein neues Kapitel also.

Gruß
Hans-Günter
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Entladung zwischen Spitze und Platte und an Oberflächen

Ungelesener Beitragvon hgd » 21. Okt 2013, 20:27

Hallo Liste,

der folgende Text ist bereits etwas älter, ich wollte ihn um passende Versuche erst erweitern. Weil mir aber im mom die Baumwollwatte im Kopf herumspukt, wird er hier und jetzt und ohne Erweiterungen gepostet.

Selten hatte mich ein Blick in meine beiden Kruschtkisten (eine für zylindrische und die andere für quaderförmige Wertstoffe, Kruscht = schwäbischer Spezialausdruck, im Regionalmuseum der Stadt, wo die quadratische Schokolade produziert wird, steht ein "Kruschtschrank", seit dem ich begonnen hatte, in Stuttgart zu arbeiten, nenne ich mein "Wertstofflager" in der Küche so) dermaßen inspiriert wie neulich: randvoll mit Folien und Platten aus dielektrischen Werkstoffen, viele Becher und Gläser, die sich vor meinem inneren Auge sofort in Leydener Flaschen für mehrer zig kV verwandelten. Auch eine transparente zweischalige Plastikdose und das bereits für einen ersten Plattenkondensator-Versuch benutze "Aquarium" aus (vermutlich) Plexiglas.

Viele mögliche Versuche mit Plattenkondensator und Dielektrika sind jetzt unausweichlich.

Immer noch hängt ein Versuch mit Styroporkügelchen und Eisenfeilspänen wie ein "D.schwert" über mir (D ist das Formelzeichen für die Dichte des Verschiebungsstroms in Kondensatoren) und lässt mir keine Ruhe.

Ich füllte nun das "Aquarium" (eine Küvette, schmaler "Glaskasten", nach oben geöffnet) mit meinen Styroporkügelchen, legte es seitlich um und auf eine mit der Kathode des 18-kV-Netzteils verbundene Cu-kaschierte Platine. Die Anode (+18 kV) wurde an eine spitze Elektrode der Funkenstrecke angeschlossen und in Richtung der Styroporkügelchen bewegt. Wiederum befand sich ein Schutzwiderstand von 2 Gigaohm im Stromkreis, zwischen zwei Kugelkondensatoren.

Nun liess sich mit dem Hohlraum des "Aquariums" als Resonator ein zunächst leises Sirren hören.

Ich verliess das "Aquarium" und hielt die Spitze direkt über die Cu-Seite der Platine: zunächst leises Sirren, dann lauter werdend, ein Brozzeln und schließlich ein permanenter Lichtbogen zwischen Spitze hin zur Platine. Der Ausschlag des Elektrometers geht bereits beim ersten Sirren und Brozzeln zurück. Es fliesst ein Strom, der an den 2 GOhm und am Innenwiderstand des Netzteils einen markanten Spannungsabfall bewirkt.

Erwartungsgemäß sind die Überschlage zwischen Spitze (Elektrode) und den Ecken und Rändern der Platine sehr lang und laut.

Senkrecht in die Oberfläche weit weg vom Rand springen hintereinander auf mehre Pfade verteilt zur Platine hinunter. Dieses Bild ähnelt den Aufnahmen von Funkeninduktoren bei Überschlägen zwischen Spitze und Teller. Am lautesten sind die Lichtbögen mit den großen Schlagweiten. Die Lichtbögen mit Abstand von weniger als 1 mm sind hell und lautlos. Bereits bei Annäherungen Spitze-Platine von 4 cm beginnt hier der Ausschlag des Elektrometers abzufallen.

Es misslingt der Versuch, mit einem Lichtbogen das Köpfchen eines Streichholzes zu entzünden. Der Lichtbogen schlägt ins Köpfchen ein, läuft auf der gerundeten Oberfläche des Köpfchens entlang und um dieses so herum und verlässt schließlich das Streichholz durch Überschlag zur Cu-kaschierten Platine. Hierbei wird ein maximaler Lichtbogenweg von ca. 1 cm Länge erreicht.

Gruß
Hans-Günter
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Re: Badezimmer unter Hochspannung

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 13. Jan 2016, 15:59

Du hast da ganz viele tolle Experimente gemacht.
Mich würde interessieren, wie der Kugelkondensator und das Elektrometer aussehen.
Wenn die Styroporkügelchen an einer geladenen Kondensatorplatte sehr lange kleben bleiben,
bedeutet das, dass diese wirklich schlecht leiten, denn sonst würden diese nach einer Auf- oder Umladung sehr schnell wieder abgestoßen werden und davon fliegen.
Mit etwas Graphitpulver kannst Du leicht ein paar "leitende" Styroporkügelchen erzeugen.
Hast Du da keine Fotos vom experimentellen Aufbau sowie bei den Entladungen gemacht?
Zu Deinen Kerzenflammenversuchen:
Mit einem kleinen Drehspul-Mikroamperemeter (0-100uA) könnest Du den jeweilen Strom messen.
Das Meßgerät muß natürlich isoliert aufgestellt werden, wobei der Schutzwiderstand so groß sein sollte, sodass im Kurzschlussfall bei 18 KV die 100uA nicht überschritten werden,
so etwa 200 MOhm für den Schutzwiderstand.

Viele Spaß bei weiteren Experimenten.

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