Gasentladungen

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon hgd » 22. Nov 2013, 01:07

Hochspannungsversuche (XVII)
Gasentladungen (1)
"low cost" Teilfunkenstrecken

21.11.2013

Hallo Liste,

jetzt kommen neue Versuche, von denen einige "Potenzial" (nicht-elektrisches) haben und einige auch zum einfachsten Nachmachen geeignet sind. Sehr viel davon kommt dem Zustand Suchtpotenzial (das ist der Bereich von mV, nicht MV oder kV, sondern "etwas weniger") sehr nahe. Es macht einfach Spass.

Geteilte Funkenstrecke (Stiftleiste)

... kamen als Funkenstrecke in den früheren Löschfunkensendern zum Einsatz bzw. später, in meiner Schulzeit, beim Versuch mit dem Teslatransformator. Das inspirierte mich, in der Weihnachsabteilung u. a. eine Perlenkette zu kaufen, aus metallisierten Kügelchen gereiht auf einer nicht-leitenden Plastikschnur. Für 18 kV waren die Abstände viel zu groß. Mehr als zwei Teilfunkenabschnitte konnte ich nicht realisieren.

"Wilde Konstruktionsideen" für einen Selbstbau kamen zu einem jähen Ende, als ich vorgestern auf YouTube versackte. Ungesucht stolperte ich über eine Fortsetzungsreihe Hochspannung I bis III (DE). Eines der dortigen "gequälten" Bauelemente waren Stifleisten, zur Kontaktierung von Cu-kaschierten Platinen.

Eine solche Stiftleiste entnahm ich dem Kleinteilearchiv und spannte sie hochkant in eine Schraubzwinge ein, welche mit mit dem Minuspol des 18-kV-Netzteils verbunden wurde. Der +18-kV-Ausgang wurde wie üblich über zwei Kugelkondensatoren (zwischen ihnen ein Begrenzungswiderstand von 2.200 MOhm zur Strombegrenzung im Kurzschlussfall) auf eine bewegliche Spitzenelektrode geführt.

Bereits bei Annäherung an den obersten Stift, 35 mm höher als der oberste der in der Schraubzwinge kontaktieren unteren Stifte, war deutlich die Koronaentladung zu hören. Schrittweise ging ich mit der Spitzenelektrode nach unten.

Bei Stift Nr. 5 (#1 war der höchste kontaktierte) sprangen Funken von der Spitzenelektrode über. Die Schraubenzwinge empfand ich aber als nicht optimal, nicht nur wegen ihrer Größe: Es kam zu Entladungen längs der gummierten Klemmbacke auf der Gegenseite (Gleitentladung entlang der Oberfläche von Dielektrika).

Die als nächstes verwendete Stiftleiste (und alsbald mein Favorit) bestand aus einer Doppelstiftleiste, von der jede auf einer Seite lange gerade Stifte aufweist und auf der anderen Seite kurze und abgewinkelte besitzt. Das gibt vielfältige Möglichkeiten und ist spannender, als es eine Perlenkette je sein könnte. Es lies sich hier eine gesamte Schlagweite von Stift #6 auf Stift #1 erzielen, also über 5 Teilfunkenstrecken hinweg.

Die besten Funken ergeben sich, wenn ich mit der Spitzenelektrode in die Mitte zwischen die beiden Reihen zeige, mit kleinem Funken oder auch direkt auf den Isolierkörper haltend. Die (folgenden) Teilfunken springen auf der Vorderseite links, Vorderseite rechts, Rückseite links, Rückseite rechts über, wie es ihnen beliebt. Und die wechseln häufig. Ich bin immer noch überrascht von diesem dynamischen, äußerst vielseitigen Erscheinungsbild.

Bei diesen Versuchen empfiehlt es sich, den Küchenwecker zu stellen, der einen daran erinnern soll, regelmäßig zu lüften, denn O3 und NOx sollen ja nicht ganz so gesund sein ...

Geteilte Funkenstrecke (Stiftbuchseleiste)

Ausser Stiftleisten gibt es aber auch Stiftbuchsenleisten. Bei diesen befinden sich nur auf 1 Seite Stifte, auf der anderen dagegen Buchsen. Und das führt zu einem geänderten Verhalten. Stecke ich die Spitzenelektrode in eine solche Buchse bei ausreichend geringem Abstand zum geerdeten Stift, dann finden auf der Stiftseite fast auschließlich Gleitentladungen ab, alle Funken springen entlang der Oberfläche herab, keine Entladung findet von dem Isolierstoff der Stiftleiste abgehoben statt. Und nur höchst selten zeigen sich Entladungen auf einer Teilstrecke zwischen zwei benachbarten Buchsen. Diese oberflächennahen Entladungen werden in der Literatur auch Oberflächenentladungen genannt. Und diese sind DAS Problem der Hochspannungstechnik, denn alle Stützer und Durchführungen stehen ja einseitig mit Luft oder einem anderen Dielektrikum in Kontakt. Das geht ja auch gar nicht anders.

Geplante Folgeversuche

Bevor es in einem inhomogenen Feld zu einem Überschlag kommt, finden Vorentladungen bzw. Teilentladung statt. Auch Glimmentladungen gehören dazu. Ich vermute, dass die teilweise, sich vielleicht auch überlappend synonym sind. Bin ja seit ein paar Tagen dabei, mir das reinzuziehen und es schließlich auch zu behalten. Die Glimmentladungen finden dann natürlich auch entlang der Oberflächen statt, natürlich auch die Koronaentladungen. Das müsste man sich im Dunkeln anschauen!

l Koronaentladungen und Glimmentladungen bei Stiftleisten und Stiftbuchsenleisten untersuchen. Für diese Versuche die entsprechenden Bauelemente aufkleben und vielleicht auch für den beinahe blinden Versuch sicherheitstechnisch optimieren.

l Platinen mit zweiseitigen Lötaugen

Zusammenfassung

Es bestehen weitere Möglichkeiten: Es ließen sich mehrere verschiedene Stifleisten horizontal anorden und teilweise auch einzelne Stifpaare bilden und diese auch überkreuzend verlöten, nicht nur nebeneinander liegende. Diese Bauelemente weisen wirklich ein ungeahntes Potenzial auf! Und kosten nur wenig Geld.

Und es ließen sich für höhere Spannungen (Influenzmaschine 120 kV, Bandgenerator 250 kV, Spannungskaskaden, Marx-Generatoren - der YouTube-Einsteller führte die Versuche mit einer 80-kV-Kaskade durch, im transparenten Plexiglasturm mit blauen dicken Hochspannungs-Kondensatoren und schwarzbraunen Hochspannungswiderständen prächtig anzusehen) durchführen, sogar erheblich leichter. Und es ließen wahnwitzige Konstruktion vorstellen, um mehrere Ecken herum und ...

Eigentlich wollte ich jetzt mit anderen Versuchen auf meiner Agenda fortfahren, aber plötzlich ereignete sich ein Blitz im Gehirn, ein Gedankenblitz ...

Geteilte Funkenstrecke in 2-D

Das Problem mit 18 kV ist, dass es eben nicht 80 kV oder mehr sind. Die Spalte der Teilfunkenstrecken sind zu groß. Im Elektronikladen gab es keine Stiftleisten mit wesentlich kleinerem Rastermass. Falls es die geben sollte, wären die bestimmt auch sündhaft teuer. Wenn das Rastermass nicht verkleinert werden kann, dann könnte doch die Stiftdicke vergrößert werden! Wie?

Ich steckte eine einreihige Stiftleiste in eine Europaplatine, mit einseitgen Lötösen, um hindurchgesteckte Stifte und Drähte zu verlöten. Gesagt getan, aber ohne Löten. Nicht nur bin ich häufig faul, ich wollte auch schnell ein Ergebnis haben. Und bei 18 kV braucht man ja wirklich nichts mehr zu löten. Einer der Vorteile in der Hochspannungs-Experimentiertechnik.

Das funktionierte toll, wie das jetzt funkt! Klar, der Abstand ist ja jetzt erheblich kleiner geworden. Und die Ränder sind zudem scharfkantig. Und viel Dielektrikum ist darunter, grossflächig. Also enstehen in dieser Anordnung auch kräftige Oberflächenentladungen, also Entladungen, die vom Dielektrikum geführt werden. Hier kommt jetzt ziemlich viel helfend zusammen. Und 48 mm werden so überbrückt.

Dann schaue ich auf die Cu-freie Seite, wo die Stifte der Stiftleiste heraus ragen: kein einziger Funke, keinerlei Überschläge. Die Teilüberschläge finden alle zwischen den Lötaugen auf der Cu-Seite statt. Wofür brauche ich dann noch die Stiftleiste ? Weiss ich auch nicht, sie ist total überflüssig. Also heraus damit. Das ist so ähnlich wie beim "Äther", den die Physik schließlich auch entsorgen musste.

Die zweite Lüftungspause muss bewältigt werden, draußen ist es ja ziemlich kalte.

Jetzt schließe ich die kontaktierende Krokoklemme mal in der Mitte Seiten und mal an den Ecken an. Und mit der Spitzenelektrode steche ich auf die armen Lötaugen ein, mal richtig fest, mal lasse ich einen kurzen Blitz auf sie herab springen.

[wie in dem bitterbösen Comic-Film vom Bau der chinesischen Mondrakete mit den vielen Arbeitern, über deren WC-Reihe immer ein Stossspannungsgenerator mit zufälligen Bewegungsmuster entlang fährt, mal hier, mal dort anhält und einen Blitz nach unten jagt. Nieman soll sich dort zu lange aufhalten. So etwas geht also auch ohne Dienstanweisung zur Verkürzung personengebundener Verweilzeiten. Kaum ist der Funken beendet, geht die Tür automatisch auf und fluchs ist ein anderer Chinese herbei, mit Kehrbesen und Kehrblech, wie gesagt, bitterbös, aber voll hochspannungsmäßig.]

Zurück nach Europa! Was sich auf der gleichnamigen Platine abspielt ist nicht weniger faszinierend. Die aus den Teilfunkenstrecken sich zusammen setzenden Wege sind überwiegend rechtwinklig, nur gelegentlich sehe ich 45°-Funken. Das erinnert mich an Vorlagen fürs Teppichknüpfen. Eine imho etwas langweiligere Beschäftigung als Hochspannunsversuche. Aber hier, im Gegensatz zum Teppich, ist alles hochdynamisch, laufend ändern sich die Funkenwege. Bei jedem Überschlag ein neues Bild. Es geht auch mal zurück und in der nächsen Gasse wieder in die richtige Richtung.

Und weil sich alles nicht wie bei den Stiftleisten linear (also 1D) bewegt, sondern in der Fläche, nenne ich diese Lötösenplatinen nun 2D-Funkenstrecke.

Einfache Blitztafel

Vor Monaten lernte ich die Blitztafel kennen, im Angebot bei Lehrmittelherstellern bzw. in Arbeiten auf der Uni. Diese Teile entstehen durch Aufkleben von Alufolie auf einem flächigen Dielektrikum. Das Ganze hängt man dann isoliert auf und jagt dort die Spannung eines Bandgenerators hinein. Zuschneiden, Positionieren und Aufkleben von Alufolie ist aber verzichtbar. Wir können eine Lötösenplatine nehmen und die Verkehrslenkung wie in manchen Städen vornehmen: Es werden keine neuen Straßen gebaut, sondern vorhandene werden zu Fußgängerzonen (oder zu Einbahnstraßen). Auf unserer Europaplatine reiben wir die Löcher mit den Lötösen auf, bohren sie weg, fräsen sie weg, senken sie weg. Der Maschinenbau hat da viele nette kleine Werkzeug, der sicher jeder von uns auch im nicht-elektrischen Teil seiner Werktstatt finden kann.

Da liessen sich wahrhaft tolle Konstruktionen bauen, je mehr kV, umso länger werden die Bahnen. Vielleicht liessen sich auch Versuche mit Spiralen und Labyrinthen erstellen. Die Funkenstrecke als Labyrinth-Problemlöser, musste man einfach mal probieren.

l "Blitztafe-Analogone" aus Lötösenplatine bei höherer Spannung u. a. mit Spiralen bauen.
l Korona- und Glimmentladungen auf normalen Lötösenplatine im Dunkeln beobachten

Es ginge sogar noch verrückter ...

Geteilte Funkenstrecke in 3-D

Mehrere einfache oder ausgefräste Lötösenplatinen zu einem räumliche Verbund zusammenstellen. Wie das wohl in einer regelmässigen Anordnung ausssähe? Weitere Idee ...

l einen "chinesischen Blitzdrachen" bauen
l eine "Jakobsleiter aus Löchern" bauen

Vielleicht hat jemand eine Idee für ganz natürliche (technische) Teile, die sich einfach irgendwo für fast umme kaufen liessen?

Am besten, weil von besonders geringem Gewicht, nämlich nur 0 Gramm schwer, wäre eine fraktale Konstruktion. Vielleicht mit einem 3D-Drucker gedruckt, was eigentlich ein Widerspruch wäre, weil diese Wunschgebilde ja eine geringere Dimension als 3,0 aufwiese. Aber vielleicht kann der 3D-Drucker das auch.

l Ersatzweise ließen sich auch Konstruktionen aus Papier, Pappe und Karton mit Graphit-Spray einsprühen. Damit hätten wir den Bereich der zerstörungsfreien Versuchgestaltung verlassen (vielen von uns dürfte das aber bereits schon früher einmal gelungen sein :-).

Und zum Schluss

Wieder hat die Hochspannungstechnik (hier nicht die Elektrostatik sondern die Physik und Technik der Gasentladungen) uns mit vielen neuen Möglichkeiten beglückt. Gleich werde ich bestimmt noch davon träumen.

Gruß und Gute Nacht,
Hans-Günter
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Nächtliches Elmsfeuer auf dem Campingtisch

Ungelesener Beitragvon hgd » 23. Nov 2013, 02:08

Gasentladungen (2)
Nächtliches Elmsfeuer auf dem Campingtisch

21.11.2013

Hallo Liste,

Vorgeschichte

schon frühzeitig hatte ich mit Entladungen bei 18 kV begonnen. Mit Gasentladungen, weil die Versuche ja in Luft stattfinden. Selbst wenn die Funken durch einen Isolator (z. B. eine dünne Folie) erfolgen sollen (Durchschlag) finden sie häufig als Gleitentladungen um den Isolator herum statt. Damit ist es aber ein Überschlag in Luft.

Egal, was es ist, bereits viel früher, bei größeren bis extrem großen Enffernungen finden spürbare Effekte ab: Koronaentladungen (Spitzenentladungen) sind hörbar am Sirren und spürbar als Windzug auf der Hand (Elektronenwind).

Aber da müsste doch auch etwas zu sehen sein. Allerdings hatte ich bisher bei den großen Abständen nie etwas gesehen. Und, als es jetzt wieder so aufreizend sirrt, jetzt ist es endlich soweit: Jetzt werden in den Augen die "Photomultiplier" eingeschaltet:

Licht aus, Dunkeladaption der Augen, indirektes (astronomisches) Sehen.

Vorsichtig die Brille abgelegt, bei geschlossenem rechten Auge mit der Taschenlampe und linkem Auge zum Campingtisch zurück. Garnicht so einfach, im Dunklen die beiden Spitzenelektroden auf einander auszurichten.

Das müsste alles später einmal präzise justiert werden (Richtung und variabler Abstand, fixierbar). Aber jetzt mache ich das mit der rechten Hand (bei Hochspannung immer einhändisch, aus Gründen der Sicherheit.

"Sicherheitshinweis"

1-Handregel
Schutzbrille gegen UV-Strahlung
isolierernder hochspannungsfester Handschuh (sah ich auf YouTube)
Sonnenschutzcreme LSF 15x (ich bekomme immer eine rote Nase, wenn ich mir Lichtbögen aus der Nähe anschaue)
Kondensatoren vor dem Anfassen immer vollständig entladen, am besten durch einen richtigen Kurzschluss


Das ist eine vorläufige, noch nicht abgeschlossene Sammlung. Besonders die Regel vom Freischalten, Erden, Sichern gegen Wiedereinschalten, dem Prüfen des Spannungsmesser an voller Spannung zuletzt, der könnte ja zwischenzeitlich gestorben sein, und dadurch nichts mehr anzeigen ...

Indirektes Sehen

So, jetzt beginnt der Versuch. Im Dunkeln habe ich mich dem Campingtisch genährert und mich hingesetzt, die Brille wird abgelegt, ich will als Kurzsichtiger ja gaaanz nah dran. Könnte dann ja auch mal meine Geologenlupe aus Kunststoff einsetzen, aber die Hände müssen ja frei bleiben, die eine am Körper und mit der zweiten, wenn unvermeidlich, den Aufbau bedienen. Mir fällt ein, es gibt ja auch eine auf die Brille aufsetztbare Lupe, die wäre auch einen Versuch wert.

Die Signallampe am 18-kV-NT ist abgeblendet, beide Augen geöffnet, langsam steigt deren Empfindlichkeit. Und so schaue ich die Anoden-Spitze an, wo ich es sirren höre. Und ich schaue nicht direkt dort hin, sondern wie visuellen Deepsky-Beobachter (Astronomie) schaue daneben, dann fällt das Licht nicht auf die scharf und farbig sehende, aber unempfindliche Stelle im Auge, sondern daneben (wo alles unscharf, farblos ("nachts sind alle Katzen grau") aber super empfindlich ist.

Elmsfeuer - ein konisches, diffuses Büschel

Und dann sehe ich "es", da ist etwas: von der Spitze weg sich konisch aufweitend, bis zu einem Abstand von 10 mm zur Anode befindet sich ein diffuses Büschel. Das ist es, das "Elmsfeuer".

Damit ist der Titel des Postings erklärt. Und ich empfehle jetzt, sich auf Wikipedia durchzulesen, was dort zum "Elmsfeuer" geschrieben steht. Halt, nein, nicht jetzt, keinesfalls darf mühsam erlangte Dunkelheitsadaption des hochempfindlichen Auges aufs Spiel gesetzt werden.

Während ich so am diffusen äussert lichtschwachen Büschel angestrengt vorbeistarre, stellt sich bei mir der Eindruck ein, dass sich dort etwas bewegt! Es scheint dort zu flackern, mal ist oben etwas heller, danach dann wieder unten. Und diese Verlagerungen finden unregelmäßig statt. Ich bleibe noch einige Minuten dabei, die Adaption verbessert sich, die Höchstempfindlichkeit wird nach ca. 40 Minuten erreicht.

Elmsfeuer - ein Funkenbüschel

Und dann glaube ich vereinzelt kurze Funken im Büschel zu sehen. Vielleicht besteht dieses diffuse Büschel ja ausschliesslich aus solch kleinen extrem schwachen Funken, die ständig unregelmäßig mal hier mal dort hin springen, an der Elektrodenspitze entspringend, nach außen, in den "Raum" hinein. Und der Eindruck eines "diffusen Büschels" ist eine Illusion, die wir schrittweise abstreifen. Für mich ist dieses kleine sirrende äusserst lebhafte Funkenbüschel das schönste Erlebnis dieser Nacht.

"Der Experimentator"

Wenn die Spitzen der Elektroden ganz nahe zusammen stehen, das braucht man zum Beobachten kein indirektes Sehen, sondern eine Sonnenschutzcreme gegen Sonnenbrand auf der Nasen. Jetzt stehen die beiden aber ganz weit auseinander. Die Anode weiss noch gar nichts von der Kathode am anderen Ende des Tischs [Dazu gibt es eine Versuchsvariante, von der ich jetzt aber noch nichts weiss].

Mich interessiert schon länger, wie dieser Übergang vonstatten geht, was alles passiert, bis sich beide schließlich gegenüber stehen. Und wenn die Beiden das nicht von alleine tun, dann muss ihnen geholfen werden, dafür gibt es ja den "Experimentator".

Der Strom des Elmsfeuers

Und noch ein Einschub. Können wir den Entladungsstrom, der von der Anodespitze in die Luft entweicht, den wir zu sehen glauben, messen? Es lohnt sich darüber nachzudenken.

Im Kabel zwischen dem isolierten +18-kV-Anschluss des Netzteils und der Anode fliesst ein Elektronenstrom. Zwischen der Anodespitze und der Kathodenspitze (falls vorhanden, sonst übernehmen das geerdete Gehäuse des Netzteils, Wasserleitungs- und Heizungsrohre diese Funktion) fliesst auch ein Strom, auch ein "Anodenstrom", aber in der Luft. Woraus besteht dieser?

Im Kabel zwischen +18-kV-Buchse des Netzteils und der Anodespitze fliessen Elektronen, aber in welcher Richtung? Klar, von der Anode durchs Kabel zur +18-kV-Buchse. Was fliesst aber vor der Anodespitze in der und durch die Luft? Können wir aus der Buschelform auf eine Stromrichtung schließen? Bewegen sich dort Elektronen auf die Anodespitze zu? Oder negativ geladene Ionen (Anionen)? Oder positiv geladene Ionen (Kationen) von der Anodespitze weg zur Katode ? Wie entstehen die Leuchterscheinung des lichtschwachen Funkenbüschels? In der Luft passiert erheblich mehr als in so einem langweiligen Draht. Und darum geht es besonders in Büchern zur Hochspannungstechnik. Denn bevor man etwas gegen solche Ströme unternehmen kann, wenn sie einen stören (was bei Korona-, Gleit- und Glimmentladungen und direkten Überschlägen meistens der Fall ist, Ausnahme: Hochspannungs-Amateure), muss man verstehen, mit wem man es da zu tun hat.

Ein Amperemeter für Elmsfeuer

Die Stromstärke erstreckt sich über einen sehr sehr großen Bereich. Unangenehm ist, dass es gelegentlich zu heftigeren Entladungen kommt, ist das Amperemeter dann aber noch im zu kleinen Messbereich, dann bleibt nur die Wertstofftonne übrig. Die äußerst geringen Stromstärken der "Townsend"-Entladungen werde ich nicht messen. Ob das bei der Koronaentladung geht? Ob sich eine langsam steigende Stromstärke zeitlich so dehnen lässt, dass Zeit zum Umschalten bleibt? Ob nicht gerade beim Umschalten etwas passiert, wenn der Messbereichsschalter im Amperemeter die Rolle mit der Entladungsstrecke tauscht? Das sind so ein paar interessante Fragen, denen ich bisher immer aus dem Weg gegangen bin.

Das muss sich ändern! Und genauf für einen solchen Versuch, befindet sich ein neues, einfaches und daher billiges, analoges Vielfachmessinstrument in der "Sammlung". Wenn da etwas passierte, wär das verkraftbar.

Noch ein Thema: Weil bei einigen Versuchen eine Katode fehlen dürfte, muss das Analoginstrument in die Hochspannungsleitung, ins +18-kV-Kabel eingeschleift werden. Mir schwebt eine leitfähige Platine vor, die auf ausreichend spannungsfesten Isolatoren ruht, die keinerlei Oberflächenentladung enstehen lassen. An einem geeigneten Konzept muss noch gearbeitet werden. Mich erinnert das an kaskadierte Hochspannungstransformatoren, wo der rechte Trafo auf immer längeren Isolatoren immer höher als sein linker Vorgängertrafo steht, manchmal drei Stück hintereinander, wo der Eisenkern des zweiten Trafos mit dem Hochspannungsausgang des ersten Trafos verbunden ist. Sieht toll aus, nicht nur in der Schaltung, nein, auf Fotos in Hochspannungsbüchern oder im Internet.

Büschel- und Stielbüschelentladung - Lichtbögen

Nun werden die beiden Spitzenelektroden auf einander zugeschoben, im Dunklen. Und vorsichtig, die Spitzen dürfen ja nicht aneinander vorbei ins Leere laufen. Dies ist die Aufgabe des Experimentators.

Bei einem Abstand von 25 mm zwischen den Spitzen sehe ich jetzt an beiden Spitzen hellere Leuchterscheinungen, winzig klein, punktförmig. Zu hören ist nichts, nichts mehr. Das überrascht mich [dazu später mehr]. Bei weiterer Verringerung des Abstands wird die Anodenspitze heller als die Katodenspitze. Manchmal ist nur die Anodespitze zu sehen. Vielleicht ist dies die Folge einer mangelhafter Ausrichtung der Spitzen (im Dunklen unvermeidbar).

Bei weiterer Annäherung wächst aus der Anodespitze ein heller, aber dennoch immer noch vergleichsweise schwacher Faden heraus, direkt auf die Katode zu.

Inzwischen ist dieser Faden durchgängig und reicht von der Anodespitze bis zur Katodenspitze. Sein vor der Anode liegender hellerer Teil ist länger geworden. An der Anodespitze setzt Bruzzeln und Sirren ein. Der Abstand beträgt jetzt nur noch 8 mm.

Und noch enger zusammen geschoben kommt es kommt es von der Spitze des hellen "Anodenfades" aus zu Funken, die auf jeweils unterschiedlichen Wegen zur Katodenspitze durchschlagen.

Nochmals ein wenig weiter zusammen gerückt, ereignen sich sehr helle, gezackte zeitlich dicht aufeinander folgende Funken, die einem Lichtbogen gleichen und den Weg zwischen Anode und Katode vollständig überwinden. Der "Anodenfaden" hat jetzt jegliche Bedeutung verloren.

Bei Niederschrift hatte ich vermutet, beim "Anodenfaden" handele es sich um die "positive Säule" und bei den von seiner Spitze ausgehenden Funken um Überschläge im "Kathodenfall", beides Erscheinungsformen einer Glimmentladung, die charakteristisch für eine Niederdruckentladung ist. Dieser Ansicht bin ich nicht mehr. Imho hat das Erscheinungsbild Ähnlichkeiten mit einer Büschel- und dann Stielbüschelentladung (Streamer- und Leader-Entladung), während die anfänglichen punktförmigen Leuchterscheinungen (bei größerem Abstand der Elektroden) wohl Glimmentladungen sein könnten.

Für mich ist das alles etwas schwierig, ich "ringe um ein Verständis". Dahinter steht aber der Wunsch, das Gesehene (sichtbare strukturelle Details der Entladungen) mit zutreffenden Benennungen zu versehen und dann in der Literatur nachzulesen, was dort drinnen gerade geschieht. Wie bereits gesagt, "ein Draht ist langweiliger, als diese Gasentladungen. Deshalb macht es aber auch viel mehr Spass.

Vorsichtig schiebe ich beide Elektroden wieder etwas auseinander, bis bei einem Abstand von 8 mm die lichtbogenähnlichen Funkenfolgen wieder verlöschen. Nur gelegentlich kommt es noch zu dieser Erscheinung. Und ohne weitere Vergrößerung der Entfernung (ohne jegliches Zutun von mir), bleiben diese schließlich auch aus. Vermutlich war die Ursache der lichtbogenähnlichen Funkenfolgen Thermoionisierung an den heissen Elektrodenspitzen, deren Temperatur beim Ausbleiben der Funkenfolgen so stark absinkt, dass dieser Ionisierungsmechanismus ausfällt.

Sehr kurzer Faden auch an der Kathodenspitze

An der Katodenspitze sehe ich nur für sehr kurze Zeit einen sehr kurze Faden.

Das unterschiedliche Verhalten an der Anode bzw. an der Katode könnte durch den Polarisationseffekt erklärt werden, ein stark asymmetrisches Verhalten der Entladungen an einer positiven bzw. an einer negativen Spitze. Auch hier gilt, in einem Lehrbuch über Hochspannungstechnik sich schlau machen.

"Blauer Punkt" und "blauer Fleck"

Das eine weitere Überraschung, weil dieser Effekt mich unvorbereitet trifft. Im überschlagslosen Zustand, mit dem deutlichen, hellen Faden vor der Anodespitze füge ich ein Stück Schreibpaper quer zur Längsrichtung der Funkenstrecke ein. Warum? Ich möchte sehen, wie sich der Faden verhält, ob er hindurch geht, ein Loch brennt oder sonst etwas anstellt. Wir als "Hochspannungs-Amateure" sollten noch viel mehr solchen spontanen Eingebungen folgen. Das ist dann immer wie Weihnachen oder zum Geburtstag: ein unverdientes Geschenk.

Berühre ich mit dem Papier die Katodenspitze, erscheint von der Katode aus gesehen ein herrlich dunkelblaues Licht (der "blaue Fleck"). Aus Richtung der Anode zeigt sich dagegen ein fantastisch blauer, heller "blauer Punkt". Die Bennenung erfolgte durch mich, in der Literatur kann ich diese Erscheinung nicht finden und über deren Natur erst recht nichts aussagen. Findet hier durch das Dielektrikum "Papier" eine Spannungserhöhung statt, ein anderer Feldstärkeverlauf? Ist das eine Glimmentladung? Egal was es ist und wie es ensteht, es sieht einfach toll aus.

Als das Stück Papier die Anodenspitze berührt, wird es sehr leise. Und es erscheint (wiederum eine Asymmetrie) ein nicht allzu helles, diffuses, bläuliches Leuchten, das aber kurz danach sofort hell und weiss wird, weil ein heller Durchschlag vom Papier hin zur Katode stattfindet. Dies könnte wieder die verringerte Spannungsfestigkeit, die sich ergibt, wenn man denkt, durch Einfügen eines Isolierstoffes vor einer Kondensatorplatte die Durchschlagfestigkeit des Kondensators zu erhöhen. Dem ist aber nicht so. Das konnte ich auch eigenen Versuchen schon früher beobachten. Steht als klassisches Beispiel auch in den Lehrbüchern.

Und die Asymmetrie im Verhalten vor der Katode bzw. vor der Anode, das dürfte wieder dem Polarisationseffekt geschuldet sein.

Nun ziehe ich beim Durchschlag von der Anodenspitze (bzw. dem vor sie gehaltenen Papier) zur Katode hin, die beiden Elektroden weiter auseinander. Es gibt immer noch Überschläge, mit bis zu 14 mm Schlagweite. Fantastisch auch dies. Zudem höre ich jetzt ein Zischen. Verdampft etwas Feuchtigkeit aus dem Papier?

Bei noch größerem Abstand zwischen den Elektroden, zeigt sich der "blauer Punkt" immer noch vor der Katode, das Verhalten auf dieser Seite der Funkenstrecke bleibt also unverändert.

"Elmsfeuer" trifft auf Papier

Die Anodenspitze beginnt zu sirren, wenn das Papier ihr im Abstand von 10 mm vor die Nase gehalten wird. Es ist die Koronaentladung (die Sprühentladung), deren Funkenbüschel hier aufs geerdete Papier trifft (ich halte das Papier ja in der Hand, und wir beide sind ja mehr oder weniger auf Erdpotenzial (dem Minus-Ausgang vom Netzteil). Auf dem Papier wird eine schwache, diffuse leuchtende, blauliche Kreisfläche sichtbar, mit einem Radius, welcher dem Kegeldurchmesser der ungestörten Büschelentladung an dieser Stelle entspricht.

Ausklang

... wie schon so oft, gibt es vielfache neue Erkenntnisse, wenn man mit allen verfügbaren Materialien experimentiert und auch an den Randbedingungen der Versuche dreht. Hier ist es ganz einfach das Ausschalten der Zimmerbeleuchtung und das Ansehen der schon seit Monaten gehörten und gefühlten Koronaentladung.

Und daraus entspringt sofort wieder etwas Neues: Die Beobachtung von Korona-, Glimm- und Gleitentladungen im Dunkeln bei ...

* Stift- und Buchsenleisten
* Lötösenplatinen
* Isolierstoffplatten zwischen randnaher Spitze und Plattenelektrode

Gruß
Hans-Günter
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hgd
 
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Ein elektrostatischer Ventilator

Ungelesener Beitragvon hgd » 24. Nov 2013, 01:16

Gasentladungen (3)
Ein elektrostatischer Ventilator und Versuche mit dem Spannungsprüfer

21.11.2013

Hallo Liste

Erweiterung des Inventars - Rouladen

... findet häufig ungeplant statt, wenn mein Blick von unterbewussten Prozessen auf etwas hingeführt wird und ich mich frage, warum schaue ich da jetzt hin. Heute morgen (23.11.13) war das in einem kleineren Lebensmittelmarkt der Fall:

"10 Rouladennadeln, edelstahl, rostfrei"

Jetzt bei Niederschrift bekomme ich einfach Hunger, im Laden aber sah ich dies:

10 Stück längere Elektroden aus ca. 1 mm dickem Draht, mit Öse an einem Ende für die Krokodilklemme und einer Spitze am anderen für die Gasentladung.

Mit diesen stabilen und praktischen Elektroden werde ich mir eine neue Funkenstrecke aufbauen, insbesondere für Versuche der Schemata "Spitze - Spitze" und "Spitze - Platte". Diese Elektroden brauche ich nicht erst aus krummem Draht zuzubiegen und zuzuspitzen, obwohl es durchaus Möglich und sinnvoll wäre, die an der Schleifmaschine noch etwas spitzer zu machen. Damit war der Lebensmitteleinkauf heute am Samstagmorgen wieder einmal ausgesprochen erfolgreich :-).

Elektronenwind ? - ein elektrostatischer Ventilator

Während ich (unter Spannung) etwas umbaue, spüre ich plötzlich einen deutlichen die Hand kühlenden Luftzug. Ich bin mehrere cm von der Anodenspitze entfernt. Ich experimentiere nun weiter und bekomme einen gewischt, da ich nicht auf Erdpotenzial sitze, sondern mit dem Stuhl auf einem isolierenden Fussbodenbelag. Nur wenn unbedingt erforderlich, werde ich den Fußboden mit Alufolie auslegen. Bei erheblich höheren Spannungen und bei erheblicher Leistung bei 6 bis 10 kV werde ich das sicherlich überdenken. Und damit ist klar, was passiert: Alles Isolierte, also auch ich, lädt sich im von der Anodenspitze (18 kV) ausgehenden "Sprühstrom" auf. Und wenn ich dann den Minuspol vom Netzteil bzw. dessen Blechgehäuse berühre, das passiert das eben, die Entladung hin zum Erdpotenzial. Alleine dies ist schon ein interessanter Versuch.

Aber ist dieser Sprühstrom von der Anode, der mich auflädt, ist das ein Strom, der den Elektronenwind erzeugt? Das ist wieder so eine Frage. Denn wenn es andere Ladungspartikel sind, die hier herumturnen und -strömen, dann dürfte man ja imho den dadurch entstehenden Wind nicht Elektronenwind nennen.

Dieser Wind, egal was er ist und wie er heisst, ist so stark, dass ich dessen kühlende Wirkung bis in eine Entfernung von 18 cm verspüre. Wahnsinn!

Meine Hand ("der Wind-Sensor") befindet sich vor der Anode, an deren Spitze fliegen aber doch keine Elektronen weg in den Raum, die Elektronen fliegen doch aus dem Raum dort gerade hin. Oder werde ich durch die "Aufladung" so etwas wie eine Ersatzkathode, an der Elektronen in Richtung Anode wegfliegen?

Die linke Hand, der Windsensor, ist leicht gewölbt. Die nach außen gewölbte Seite befindet sich der Kathode gegenüber. Hier spüre ich keinerlei Luftzug. Auf der anderen Seite, der nach innen gewölbten Handfläche (und nur dort) spüre ich den kühlenden Luftzug, was dort gegenan strömt, das kann nicht von der Kathode her kommen, der muss als Entstehungsort die Anode haben. Das müssen demnach positive Ionen sein, die in meine Hand, auf die Handfläche, strömen. Und dann müsste ein solcher Luftzug doch "Kationenwind" genannt werden. Aber diesen Begriff (und auch von diesem Effekt) habe ich bisher nichts gelesen.

Das ist wieder so ein Ergebnis, deutlich zwar, aber mich ratlos zurücklassend ...

Aufladung mit 87 MOhm aus "dem Wind"

Den 87-MOhm-Entladungswiderstand in der rechten Hand, gleitet die linke Hand die Aussenseite des Holzgriffs entlang (in welchem der Widerstand steckt ist) zum vorderen Drahtring. Dieser trägt einen spitzen Draht, mit dem ich im "Wind" herum piekse. Es kribbelt und zirpt leicht, es fühlt sich an, als richteten sich im Gesicht die kleinen Härchen auf. Langsam gehe ich auf die +18 kV zu.

Eigenschaften von Hochspannungs-Widerständen

Vor dem Beginn des nächsten Versuchs, muss erst entladen werden. Zunächst lasse ich das vordere Ende vom Widerstand los. Dann berühre ich das Gehäuse vom Netzteil. Jetzt fliesst durch 87-MOhm-Entladungswiderstand der Entladungsstrom mit einer sehr geringen Stromstärke. Der Experimentator soll ja nicht zu viel davon mitbekommt.

Somit liegt beim Entladen am Widerstand Hochspannung an (zwischen dessen beiden Endkappen). Und damit besteht die Gefahr einer Gleitentladung über dessen Oberfläche hinweg, die in einen Durchschlag durch die Luft als heftigen Funken münden kann. Das ist aber gerade nicht bezweckt. Gewünscht wird stattdessen ein sehr schwacher Strom durch den Widerstand hindurch.

Um so etwas zu vermeiden müssen die Hochspannungswiderstände mehr drauf haben, als nur einen hohen Widerstandswert im Bereich von mehreren Mega- bis Gigaohm. Dazu gehören ein größerer Durchmesser, eine größere Länge und ein besonderen Überzug auf seinem Umfangs (z. B. Glas).

Spannungsprüfer an 230 V

Über diese Gedankenkette gelange ich zum nächsten Versuch. In einem Spannungsprüfer (für 230 V) befindet sich eine Glimmlampe in Reihe mit einem Vorwiderstand. Und letzterer ist nicht nur dazu da, um den Entladungsstrom über die Glimmlampe zu begrenzen, damit die Glimmlampe überlebt, auch der Anwender legt auf ein solches "happy end" gesteigerten Wert.

Spannungsprüfer an 18 kV im Hellen

Schon einmal hatte ich den Spannungsprüfer an 18 kV genutzt, im Hellen, und einen gewischt bekommen, aber nur bei einer bestimmten Ausrichtung, mit dem stumpfen Ende an +18 kV gehalten. Mit der "normalen" Ausrichtung, der Schraubendreherschneide an +18 kV war das immer noch sehr laut und "zuckig", aber deutlich besser zu ertragen als in der "atypischen" Ausrichtung.

Weiter war ich damals nicht gekommen, ich verzichtete fortan beim Enladen auf dieses Teil. Für 18 kV ist ein solcher Spannungsprüfer eben nicht gebaut.

Spannungsprüfer an 18 kV im Dunklen

Nun will ich sehen, wie die Glimmentladung und ihre Vorgeschichte im Dunklen aussieht. Im Dunklen, mit der Hand geführt und ans Minuskabel gepresst misslingt das. Ich klemme daher die "negative" Krokodilklemme an den Halter des Prüfers und berühre mit der jetzt isoliert in der Hand gehaltenen Anodenspitze (+18 kV) den Spannungsprüfer vorne an der Schneide und seitlich am Schutzrohr.

Die Glimmlampe leuchtet kurz auf, dann schlagen aber heftige knallende Funken in die Schneide des Prüfers ein. Offenbar wird der Vorwiderstand im Prüfer seiner Aufgabe nicht gerecht. Das ist auch an ihm selbst zu sehen: Seine gesamte Oberfläche wird von sehr hellen gezackten Überschlägen durch die Luft (mehrere Funken gleichzeitig) "überzuckt" und damik kurzgeschlossen. Praktisch gibt es ihn gar nicht mehr ...

Nun drehe ich die Verhältnisse um und nähere die Anodenspitze jetzt dem Handgriff am Prüfer. Bereits ab 20 mm flackert die Glimmlampe. Es gibt zwar knatternde Überschläge, aber sie bleiben unsichtbar. Und es finden keine Überschläge am Vorwiderstand statt, selbt bei direktem Kontakt nicht. Das verstehe ich nicht. Das muss wiederholt werden ...

Minus am Handgriff des Spannungsprüfers (Plus an dessen Schneide) resultiert in gelegentliches schwaches Flackern. Kein Lichtbogen (Funken) beim Einschlag an der Schneide, keine Überschläge am Vorwiderstand. Das war doch eben anders! Was ist da nur kaputt?

Jetzt nochmals Minus an der Schneide und +18 kV am Handgriff. Jetzt sind Überschläge am Vorwiderstand wieder sichtbar. Ihre Verteilung über den Umfang hängt vom Einschlagsort der Anodenspitze in der Endplatte (Teller) des Spannungsprüfers ab (ob er zentrisch oder exzentrisch liegt).

Wieder einmal bin ich irritiert. Dieser Versuch muss mit exakt gleichgehaltenen und exakt veränderten Versuchsbedingungen wiederholt werden, wie das wirklich ist, und dann mit hierübe verglichen werden. Es ist ja möglich, dass die Überschläge hinter dem Vorwiderstand erfolgten und so nicht zu sehen waren. Möglich ist aber auch, dass der Spannungsprüfer die mehrfachen Überschläge am Vorwiderstand nicht unbeschadet überstanden hat.

Zu wiederholen ...

Auf die Agenda stehen jetzt ...
l Versuch mit dem Spannungsprüfer muss mit exakt gleichgehaltenen und exakten Veränderungen bi-polar wiederholt werden, wie das wirklich ist, und dann mit hierübe verglichen werden.
l es ist zu prüfen, ob der verwendete Spannungsprüfer überhaupt noch sicher an 230 V funktioniert. Ich sollte ihn keinesfalls mehr für lebenswichtige Prüfungen einsetzen. Eine entsprechende deutliche Markierung ist anzubringen.
l sollte er defekt sein, wäre das kein Nachteil, er stünde dann für hemmungslose Versuche bereit.

"Spitze - Spitze" reloaded

Die Gelegenheit ist günstig, mit dem am Minuskabel angeschlossene 87-MOhm-Widerstand den Versuch mit der Spitzenfunkenstrecke im Dunkeln (letztes Posting) zu wiederholen. Der geekürzte Bericht ...

Noch einmal durchwandere ich den gesamten Abstandsbereich zwischen beiden Elektroden. Der Versuch beginnt nur mit der Anodenspitze. Bei +18 kV tritt hier Büschelentladung ("Elmsfeuer") auf.

Bei Annäherung der Kathodenspitze an die Anode verschwindet ab einer Entfernung von 18 cm das Büschel ("Elmsfeuer"). Sofort tritt Stille ein, und an beiden Spitzen ist ein Lichtpünktchen sichtbar.

Dann verschwindet das Lichtpünktchen an der Anode. Das Lichtpünktchen an der Kathode scheint ein wenig in axialer Richtung ausgedehnt ("Kathodenfall" ?).

Aus der Anode wächst ein "Faden" ("positive Säule" ?) heraus (auf die Kathode zu). Die andere Hälfte der Entladungsstrecke von der Kathode aus zeigt ein unstrukturiertes diffuses Licht auf.

Das ist der Raum, der im letzten "Spitze-Spitze-Versuch" (ohne den 87-MOhm-Widerstand) wiederholt von zackigen Funken durchschlagen wurde, die vom anodenfernen Ende des "hellen Fadens" ausgingen, bis bei nochmals verringertem Abstand diese zackigen Funken den gesamten Weg zwischen Anode und Kathode durchschlugen. Solche zackigen Funken treten jetzt nicht auf. Es zischt nur leise. Alles ist diesmal harmlos.

Vermutlich reicht die Stromstärke nicht mehr für einen Durchschlag aus. Lassen sich die Erscheinungen als Glimmentladung interpretieren, dann sorgt der 87-MOhm-Widerstand dafür, dass die Glimmentladung stabilisiert und so ein Durchschlag verhindert wird.

Diese Beschreibungen (der voran gegangenen "Spitze-Spitze-Versuch" mit Durchschlag und der jetztige "Spitze-Spitze-Versuch" ohne Durchschlag) helfen mir, mich beim Thema "Gasentladungen" zusehends wohlzufühlen.

Gruß
Hans-Günter
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Umgang mit Gleichspannungskondensatoren

Ungelesener Beitragvon hgd » 27. Nov 2013, 13:46

Gasentladungen (4)
Umgang mit Gleichspannungskondensatoren

21.11.2013

Motivation

neulich hatte ich bereits ein Erlebnis im Umgang mit einem Gleichspannungskondensator. Im Buch ...

Hochspannungstechnik
Andreas Küchler
2009, VDI Springer

war ich gestern ins Kapitel über Gleichspannungskondensatoren (im übergeordneten Kapitel über Anwendungen) vorgedrungen. Ich "zitiere" daraus wichtige sicherheitsrelevante Aussagen als gekürzte "Nacherzählung". Vom Buch bin ich wiederum begeistert.

Gefahren und ihre Vermeidung

>
Spannungsaufteilung
... unbedingt zu beachten, dass bei Reihenschaltungen die Kondensatoren auch bezüglich des Isoliermaterials und der Isolierstofftemperatur identisch sind, andernfalls ergibt sich eine ungleiche Spannungsaufteilung.

Gleichrichterschaltungen
... muss die niedrigere Wechselspannungsfestigkeit zugrunde gelegt werden. Wir erzeugen ja Gleichspannungen auch mit Vervielfacherschaltungen (Kaskaden) , das sind ja gerade Gleichrichterschaltungen.

Gefahren
Auch nach dem Abschalten von Spannungsquelle kann sich auf den Kapazitäten noch Ladung befinden. Sie muss abgebaut werden ... z. B. durch Entladewiderstände, manuelle Entladung, permanenten Kurzschluss.

Eine weitere Gefahr besteht beim Aufheben eines Kurzschlusses durch die wiederkehrende Spannung. Sie entsteht durch Umladevorgänge im Dielektrikum und führt zur Nachladung der Hauptkapazität. Mit Gleichspannung beanspruchte Kondensatorn müssen deshalb dauerhaft kurzgeschlossen bleiben.

[Das hatte ich an meinem entladenen 40-kV-Kondensator erlebt, als ich den nach Abschaltung und manuellem Kurzschluss wegstellen wollte und anfasste, da hatte ich aber einen ordentlich gewischt bekommen, glücklicherweise nur durch die rechte Hand.]

Gefahren ergeben sich auch bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren, die nicht identisch sind: bei einem Kurzschluss der äußeren Anschlüsse können an den Anschlüssen dazwischen lebensgefährliche Restspannungen verbleiben.
<

Das war mir so wichtig, dass ich dies hier ohne eigene Beobachtungen posten. So am Rande, letzte Nacht gelang mir der Versuch mit einem selbstgebauten "Segnerrad" :-) bei meinen im mom nur maximal 18 kV!

Gruß
Hans-Günter
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Schlagweite einer Spitzenfunkenstrecke

Ungelesener Beitragvon hgd » 29. Nov 2013, 14:21

Gasentladungen (5)
Schlagweite und Durchschlagspannung einer Spitzenfunkenstrecke

28.11.2013


Versuchsvorbereitung

In "Hochspannungstechnik, Küchler (2009)" wird auf S. 188 die Durchschlagspannung U{dG} in Luft im stark inhomogenen Feld abgeleitet. Daraus lässt sich die U{dG} als Funktion des Elektrodenabstands auch in meiner Spitzenfunkenstrecke ableiten.

In der Tabelle befinden sich einige berechnete Werte für diesen Fall. In einem neuen Versuch werde ich die U{dG} für verschiedene Abstände bestimmen und dann vergleichen: einer der ersten Versuche mit messtechnischem Inhalt. Parallel zur Funkenstrecke muss permanent der 40-kV-Tastkopf angeschlossen sein. Der Abstand wird durch Platten verschiedener mit Schieblehre gemessener Dicke festgelegt.

Die Gleichung 3.2-65 ergiebt für 18 kV eine Schlagweite von 7,2 mm. In einem früheren Versuch hatte ich eine Schlagweite von "ca. 5 mm" beobachtet:

>
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.
<

Herleitung der Formel
(Hochspannungstechnik, Küchler (2009), S. 188)

In stark inhomogenen Feldern treten vor dem Durchschlag stabile Vorentladungen auf. Die Durchschlagspannung U{dG} kann dadurch abgeschätzt werden, dass die Reichweite der Vorentladung gleich der Schlagweite gesetzt wird. Die Reichweite kann aus dem längenbezogenen Spannungsbedarf (Gleichungen 3.2-59 bis 3.2-62) und aus dem Potenzialverlauf des Grundfeldes ermittelt werden. Die Reichweite ergibt sich näherungsweise so, dass der Spannungsbedarf der Vorentladung durch die Potenzialdifferenz im Grundfeld gedeckt wird. Für die Durchschlagspannung folgt dann im Bereich weniger mm ...

U{dG} = E[{G} x d
(Glimmentladung mit E{G} = 25 kV / cm)
>>

U{dG} Durchschlagspannung in Gas (Luft)
d Schlagweite

Gleichung 3.2-65:

U{dG} = (25 kV/10 mm) x d
d = (U{dG} x 10) / 25

d in mm und U{dG} in kV

Tabelle

Für beide Gleichungen berechne ich als .xls einige Wertepaare ...
Schlagweite (Spitzenfunkenstrecke) .xls

Tabelle und dieses Doku hier wurden ausgedruckt.

Gruss
Hans-Günter
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Wachspapier als Runzelhaut

Ungelesener Beitragvon hgd » 3. Dez 2013, 01:29

Gasentladungen (6)
Wachspapier und altes Elektroskop

02.12.2013


Hallo Liste,

Altes Elektrometer

Die letzte Nacht galt dem Test eines "neuen" alten Elektrometers, dessen Messbereich oben bei 4,5 kV endete (trotzt "18-kV-Einstellung" am HV-Netzteil, gemessen mit einem 40-kV-Tastkopf) , bereits ab ca. 2 kV waren im Innern deutliche Koronaentladungen zu hören, der Nadelträger hatte unten zum geerdeten Gehäuse nur ca. 5 mm Abstand, auch im Innern war ein entsprechende Abstand nicht größer).

Was macht man mit so einem Teil? Ich könnte das Blech des Umfangs durch eines aus stärkerer Kunststofffolie ersetzen, vielleich an unkritischen Stellen Alufolie (selbstklebend) anbringen oder die Nadel mit Nadelhalter aus- und in einen anderen "Kasten" einbauen. Warum ich so daran hänge? Die Nadel ist sehr leicht gelagert, erheblich besser als mein bisheriges Elektrometer, dass im unteren Bereich immer erst einen kleine Schubs benötigt.

Aus Vorsichtsgründen wollte ich das HV-Netztteil aber nach dieser Dauerbelastung überprüfen und damit gleich einen neuen Versuch mit verbinden.

"Wachspapier"

Dieses Stück Mittelding zwischen Wachspapier und Kunststofffolie kam als Teil einer Verpackung in meinen Haushalt. Leicht opak, dünn, beidseitig glatt (ich habe es nicht durchgerissen), fehlen mir alle Anhaltspunkte über die Art des Werkstoffes. Es erinnert mich nur an frühere echte Wachspapiere. Und damit bin ich neugierig, wie es mit seiner Leitfähig und Spannungsfestigkeit bestellt ist, denn Papier, wenn nicht geölt, ist ja weniger spannungsfest als Folien aus Kunststoff. Und die Eigenschaft "opak" verschafft mir die Möglichkeit, ein wenig hindurch zu sehen, was im Falle eines Durchschlags die Funken unter seiner Oberfläche wohl so treiben.

Auf vier roten Distanzisolatoren aus Hart-PVC lege ich eine einseitig Cu-kaschierte Platine, mit der Cu-Seite nach oben (mit Lötlack besprüht) und schliesse sie an an den Minuspol (Masse) des 18-kV-Netzteils mit Kroko-Klemme an. Die bis zu 18 kV werden über die übliche Beschaltung einer Spitzenelektrode zugeführt ("Anodenspitze"), die über einen schönen einige cm hohen Isolator auf ein Brett montiert ist, mit einem isolierenden Handgriff, damit der Experimentator nicht durch irgendwelche "irrationalen Ängste" von seiner Versuchsdurchführung abgelenkt wird.

Diese Anordnung ist eine klassiche Situation der Hochspannungstechnik und wird als "Spitze-Platte" bezeichnet. Sie ist die Konfiguration, in welcher die höchsten Anforderungen an die Spannungsfestigkeit des Dielektrikums gestellt werden. Für mich ist aber wesentlich, dass ich so viel besser beobachten kann, was sich tut, denn es spielt sich über größere Variation des Abstands zwischen den Elektroden ab. Dabei ist mehr "Experimentierspass" zu erwarten.

Auf die Platine lege ich einlagig das "Wachspapier", ohne es zu spannen lose auf, so wie es gerade ist. Es wird sich gleich bei Annäherung der "Anodenspitze" wie von unsichtbarer Hand gedruckt, eng an die Oberfläche der Cu-Platine anlegen, aber eben nicht überall faltenlos glatt.

Ein ordentlicher Mensch wird die Nase rümpfen, ich aber bin etwas bequem und tue dies nicht. Es gibt aber auch einen "intellektuellen" Grund: schon öfters habe ich durch solche Nachlässigkeiten zu interessanten Effekten gefunden, die gerade dadurch zustande kommen, das "nicht alles überall und jederzeit klinisch sauber und perfekt rechtwinklig glatt" ist. Es gilt auch hier: "Wer immer Ordnung hält, den bestraft das Leben".

Nanotubis ...

Vieles wäre ohne "Schmutzeffekte" gar nicht entdeckt worden. Mir fällt da die Entdeckung der Lichtempfindlichkeit von Nanoröhrchen ein: ein Student hatte in einem Institut die mühsam hergestellten Nanoröhrchen mit seiner Kamera oder Handy aufnehmen wollen, wohl um "zuhause" zu zeigen, was er denn so mache. Im Labor war es ausreichend dunkel, sodass ein Blitzlicht automatisch die Szene erhellte. Vielleicht war es ja "nur" eine Blitzlicht-LED, egal. Er drückte auf den Auslöser und dann ... puff ... die Nanoröhrchen waren weg, explodiert, verbrannt, vielleicht gab es Asche oder Kohlenstoffstaub oder Graphit oder ... egal ... die Nanoröhrchen hatten das Zeitliche gesegnet. Er ungewollte Experimentator muss einen ordentlichen Schreck bekommen haben (war auch mal in einer solchen Situation, kein gutes Gefühl). Aber die Benachrichtung des Assistenten war unumgänglich. Die Tatsache, dass der Student noch nie von einem solchen Effekt gehört hatte, war da nicht sonderlich tröstlich. Seine Laune verbesserte sich aber zunehmend, als auch der Assistent verneinte, so etwas jemals gelesen zu haben. Und so waren schließlich alle froh, dass die so teueren "Nanoröhrchen" explodiert, verbrannt bzw. zerfallen waren, denn: etwas Neues war entdeckt worden.

Ich werde nur zu gerne das einmal selber erleben, sogar ein Blitzlichtgerät ausgraben. Weiss jemand, wo man günstig an solche "nano tubes" kommt? Antworten bitte als private Nachricht an mich.

"Wachspapier" - Spitze außerhalb der Platine

Das "Wachspapier" wird bei ca. 16 kV mit einer maximalen Schlagweite von 5 mm durchschlagen. Das entspricht dem Verhalten der Funkenstrecke ohne festes Dielektrikum (d. h. nur mit Luft).

Bei 15 kV und außerhalb des Bereichs der Cu-Platine verändert sich das leise, ruhige, feine Zirpen bei Annäherung der "Anodenspitze" an die "Platte" unterhalb von ca. 15 mm in ein Brozzeln mit zunehmender "Brozzelfrequenz", bis zum Kontakt der "Anodenspitze" mit der "Platte.

"Wachspapier" - Spitze über der Platine

Ist die "Anodenspitze" noch sehr weit von der "Platte" entfernt, ist das bekannte feine leise Zirpen der Koronaentladung zu hören. Erst ab einer Entfernung von ca. 20 mm tritt ein "unsauberes", rauhes Zirpen auf, wird immer lauter. Ab ca. 10 mm wechselt der Charakter zu einem Brozzeln, welche mit abnehmendem Abstand immer lauter wird und "gefährlicher" klingt, bis schliesslich der Überschlag bei ca. 5 mm erfolgt.

Die nächsten Stufen dieses Versuchs könnten sein, das "Wachspapier" auf die Platte zu glatt liegend (ohne Falten) zu spannen, exakte Abstände einzuhalten (mit Lehren aus extern mit Schieblehre gemessenen Folien bzw. Platten und anderen Materialien) und in einem weiteren Teilversuch die Abstände konstant zu halten und dafür die Spannung unter messtechnischer Begleitung (HV-Tastkopf) zu beobachten. Erste Fühler zu einer solchen quantitative Hochspannungstechnik wurden bereits unternommen. Aber ich will nichts überstürzen, die qualitativen Versuch sind noch längst nicht alle durchgeführt.

"Wachspapier" im Dunkeln

Solche Versuche sind etwas anspruchsvoller (ich muss beim Lichtausschalten jedesmal aufstehen und vom Flur aus den dortigen Schalter betätigen (das Badezimmer dient bei mir "im Nebenerwerb" als Hochspannungshalle :-)). Im stark inhomogenen Feld, wie bei "Spitze-Platte", kommt es ja nicht sofort zu einem Durchschlag, sondern zu Vorentladungen (Teilenladungen). Da gibt es viel mehr zu beobachten als nur Durchschläge. Letzteres kann ja jeder sehen, aber bei den Teilentladungen muss es eben dunkel sein. Wer statt im Keller im 5. Stock wohnt, der muss dann solche Versuche nachts durchführen.

Nun ist es dunkel, und das rechte Auge hat sich ein wenig adaptiert. Erkennbar ist ein diffuser kreisförmiger blauer Fleck, der mit zunehmder Annährerung der "Anodenspitze" an die "Platte" kleiner wird. In seiner Mitte nimmt die Helligkeit noch schneller zu, bis nur noch eine kleine, fast punktförmige, sehr helle weisslich blaue Stelle zu sehen ist. Auf der anderen Seite der Funkenstrecke erscheint an der "Anodenspitze" ein blaues Büschel. Von der "Platte" wächst ihm ein fast gleiches Büschel entgegen (das blaues Büschel vor der Anode ist (zuletzt ?) etwas gelblicher (das dürfte die Positive Säule sein). Das blaue Büschel vor der Kathode (der "Platte") ändert dabei sein Blau nicht.

Und das, was sich jetzt ereignet, das finde ich besonders schön: Als sich beide, aufeinander zuwachsende Büschel berühren (genau dann, nicht früher und auch nicht später) kommt es zum Durchschlag der Funkenstrecke, mit hellen, weissen und lauten Funken (ein "Lichtbogen", der periodische immer wieder verlöscht, weil seine Spannung zusammenbricht, und mit der Spannungswiederkehr erneut zündet).

Solche Beobachtungen haben in der Hochspannungstechnik dazu geführt, Gleichungen zum Durchschlag im stark inhomogenen Feld zu formulieren. Zumindest fühle ich mich daran erinnert. Eines der letzten Postings handelte davon.

Im Durchschlag springen die leicht gezackten Funken von der "Anodenspitze" zu verschiedenen Stellen auf der "Platte" hinüber. Dies ist das Verhalten eines Funkeninduktors, wenn auf nur einer Seite von dessen Funkenstrecke eine Spitze, auf der anderen Seite aber ein kleiner kreisrunder Teller als Gegenelektrode fungiert.

Bei Niederschrift fällt mir ein, ich könnte ja meinen niedlich kleinen, historischen Funkeninduktor mal für solche Versuche einsetzen, mit dem Tastkopf die Spannung messen (Gleichrichter? Kondensator!) und diese Variieren, durch Veränderung der Gleichspannung an der Primärwicklung. Ist ja alles da, sollte ich dann auch einsetzen (I make a mental note "weil gerade kein Zettel zur Hand").

Das "Wachspapier" als Runzelhaut

Und jetzt kommen der eingangs erwähnte "Schmutzeffekt" (die "gebirgige" Oberfläche) und die nur geringe Opazität des "Wachspapier" zum Tragen. Da es nicht eng anliegt, sondern Falten aufwirft, schlagen die Funken nicht nur durchs "Wachspapier" hindurch, sondern laufen auch seinen Falten entlang. Trotz der Situation "Spitze-Platte" können wir also bei diesem Material und in dieser speziellen Situation entlang der Oberfläche verlaufende (von der Oberfläche geführte) Entladungen sehen.

Und weil alles so unordentlich ist, beobachten wir dabei auch sehr viele Erscheinungsformen: Mal schlagen die Funken direkt unterhalb der "Anodenspitze" durchs "Wachspapier" hindurch und laufen auf dessen Unterseite die Falte herunter bis zur Platte oder aber der Funken "rutscht" die Falte auf der Oberseite hinunter und schlägt unten im Tal durchs "Wachspapier" zur "Platte" durch. Ich kann mich nicht erinnern, so etwas jemals zuvor gesehen zu haben. Natürlich dürfte es schon einmal aufgetreten sein, aber bei ordentlich glatten, hochtransparenten Folien (größerer Dicke) ist es (vielleicht fast) unmöglich zu unterscheiden, ob ein Funke vor oder hinter einer solcehn Folie stattfindet. Dies ist einer der Gründe, warum mir dieser Versuch mit diesem Material so außerordentlich gut gefällt. Und auch er ist in mehrfacher Hinsicht ein Produkt von Zufällen.

Entladungen außerhalb der "Platte"

Ich gehe noch einmal in den Bereich außerhalb der "Platte" und schreibe genauer auf, was es zu beobachten gibt. Zunächst ist da ein "raues" Zirpen, dann bei einem Abstand der "Anodenspitze" zum "Wachspapier" von 5 mm höre ich unsichtbare, leise Überschläge, nicht nur unterhalb der "Anodenspitze", sondern auch 30 cm entfernt, wo das "Wachspapier" das Gehäuse des 18-kV-Netzteils (und damit das Potential 0 V, den Gegenpol der +15 kV) berührt. Das bedeutet, dass das "Wachspapier" nicht nur einem Durchschlag bedeutend weniger als eine Kunststofffolien entgegensetzt, sondern dass es auch über eine bedeutend höhere Leitfähigkeit verfügt.

Ich gehe mit der "Anodenspitze" näher an den Rand der "Platte" heran. Ab 30 mm lassen sich hörbare, aber unsichtbare Entladungen beobachten. Das erfordert erneut das Beobachten im Dunklen.

Weiter den Abstand reduzierend, wächst ein breites Band blauen Lichtes vom Cu-Rand der Platine zur "Anodenspitze" hin. Von dort kommt ihm ein ebenso breites Band blauen Lichtes entgegen. Mit der Berührung beider blauer Bänder leuchte die "Anodenspitze" (oder das "Wachspapier" unter dieser Spitze) sehr hell punktförmig auf, und ein etwas gelblicher Funke schlägt auf gezacktem Weg von der "Anodenspitze" hinüber zum Rand der Cu-Platine.

Es ist, als sähen wir in dieser Konfiguration ein zweidimensionales "Modell" der Entladung vom Typ "Spitze-Spitze" in Aktion! Und das ist wieder so eine unerwartete Beobachtung, über die ich mich so freue, auch wenn eine einigermassen umfassende Beschreiben Zeilen und Zeit kostet.

Funken springen im Dreieck

Ich lege das "Wachspapier" schräg über die Kante der Cu-kaschierten Platine. So ergibt sich ein Dreieck, mit und in dem sich Oberflächenentladungen (Gleitentladungen) beobachten und deren Schlagweite systematisch bestimmen lassen.

Die "Anodenspitze" wird entlang der äußeren Dreiecksseite geführt. Bis zu 15 mm lange Funken (direkte kürzeste Enfernung) treten auf, die entweder von der Spitzenelektrode direkt zur Gegenseite des "Wachspapiers" durchschlagen und dort der Unterseite entlang zum Cu-Rand der Platine laufen oder auf der Oberseite bis zum Cu-Rand laufen und dort durchschlagen.

Was wann stattfindet (geschweige von der Frage warum?) das erfordert vergrössernde Optik und eine Video-Aufnahmetechnik. Falls jemand daran Interesse hat. Auf YouTube jedenfalls habe ich so etwas noch nicht gesehen. Kleinste Änderungen scheinen zu bestimmen, welchen Weg die Funken nehmen. Ich will aber nicht unzufrieden sein. Denn so etwas begegnet mir heute zum ersten Mal. Und sichbar wird es (ich wiederhole) nur durch die besonderen Eigenschaften des "Wachspapiers" (seine elektrischen und seine optischen). Solche Versuche lassen sich auch mit wirklich glatt gespanntem Material durchführen, was systematisches Beobachten erst ermöglicht.

Mit dem "Papier" sollte man sich eine "intelligente" Versuchsanordung auszudenken, Material ist ausreichend vorhanden. Diese Menge ermöglich aber noch einen weiteren Versuch ...

Funken springen durchs Doppelpack

Ich falte das "Wachspapier" zusammen und habe so 2, 4 und schliesslich 8 Lagen übereinander, wiederum nicht gespannt und geglättet, sondern als "Runzelhaut" lose aufeinander liegend.

An der "Anodenspitze" wird es dort punktförmig sehr weiss und sehr hell. Dahinter springen gezackte Funken auf unterschiedlichen Wegen von dannen. Mit einem letzten Durchschlag springen sie dann auf die Cu-Seite der Platine hinunter. Dort allerdings ist kein punktförmiger oder sonstwie gearteter Helligkeitseffekt zu sehen. Über dieses Monopol verfügt ausschliesslich die "Anodenspitze".

Zusammenfassung

Mit einem Stück solchen "Wachspapier" lassen sich vielfältige Versuche durchführen, die ein Potenzial von zwei oder mehr Experimentiernächten aufweisen. Dieses Material mit diesem Versuch kommt in die "Top Ten".

Aufgaben

* aus mehrern in "Rahmen" gespannten Lagen (auf Holzringe, Metallringe aufgeklebt) im geringen Abstand zu Packen gestapelte Lagen von "Wachspapier" Versuchsanordnung bauen ...

Gruss
Hans-Günter
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Vakuumskala am Funkeninduktor betrieben

Ungelesener Beitragvon hgd » 3. Jan 2014, 15:06

Gasentladungen (8)
Vakuumskala nach Cross am Funkeninduktor

Hallo Liste,

zunächst wünsche ich allen Lesern, Betreuern und dem Admin alles Gute in diesem 2014 ! :winkie:

Einstimmung und Vorbereitung

in "Gasentladungen (7)" hatte ich meine ersten intensiven Beobachtungen an einer Vakuumskala nach Cross aufgeschrieben. Danach kamen weitere Versuche, die zusammen ca. 20 A-4-Seiten umfassen und alleine wegen des Umfangs noch nicht erfasst wurden. Ein Posting all dieser Detailbeobachtungen ist aufgrund der Fülle an Material nicht vorgesehen. Eher dürfte ich eine knappste zusammengestrichene Zusammenfassung schreiben und hier posten mit dem Ziel, zu eigenen Beobachtungen anzuregen.

Das aktuelle Posting hier verfolgt denselben Zweck und fasst sich nochmals erheblich kürzer. Für mich reizvoll ist, dass mit dem Betreiben der Vakuumskala an einem Funkeninduktor eine klassische Konfiguration nachempfunden wird. Im Deutschen Röntgenmuseum in Remscheid-Lennep (dort steht das Geburtshaus von Wilhelm Conrad Röntgen) befindet sich ein solcher klassischer Aufbau, wo die Hochspannung an der Funkenstrecke abgegriffen und über eine an weißen Porzellanisolatoren hängenden Hochspannungsleitungen einer Röntgenröhre zugeführt wird. Dort wurden dann früher Patienten positioniert und "durchleuchtet". Ich fühlte mich leicht beklommen und an Frankensteins Labor erinnert (das Museum möge mir verzeichen). Wenn ich mir vorstelle, dass die Patienten dem Getöse des Zerhackers (eines Wagnerschen Hammers) und der Überschläge der Funkenstrecke ausgesetzt waren, dagegen ist eine MRT-Aufnahme heute ein Klacks.

Es gibt auf youTube ein Video, wo jemand allerlei Bauelemente an Hochspannung anschliesst und dann mit einem was-für-Messgerät (ich kann mir nur ein Gammazählrohr vorstellen, der Autor macht dazu keinerlei Angaben) überall für teils längere Zeit seinen Detektor hinhält, bis seine Kamera an mehreren Stellen eine Strahlungsintensität im LCD aufgenommen hat, dann krieg ichs leicht im Kopp. Auch eine kleine russische Röntgenröhre war dort im Einsatz.

Mit dem Thema "Röntgenstrahlung" kommen wir auch bei diesen Versuchen in Berührung, auch wenn wir keine Röntgenröhre besitzen und keine Röntgenstrahlung produzieren wollen.

Früher fand man Röntgenstrahlung irgendwie gefahrlos. Im Röntgenmuseum wurde früher eine total zerfressene Hand eines frühen Röntgenarztes gezeigt. Vor diesem Präparat hatte es mich mehr gegruselt, als vor dem Ungehäuer mit der Schraube im Hals. Noch als KIND, wurde ich bei jedem Schuhkauf in einen Holzkasten reingestellt, wo ich selber auf einem grünlichen Schirm meine Fussknochen inklusive Nägeln im Schuh sehen konnte. Auch die Atombombe fand man eine Zeitlang schick, es gab "atomic cafes" und auch einen Experimentierkasten zum Thema. Ich musste mich auch vom Vater an meine Begeisterung erinnern lassen, als Kind im Winter große Eisbrochen vom Straßenrand in die Luft geworfen und dazu "Atombombe" gerufen zu haben.

Das hat sich heute geändert. Zumindest im Physikunterricht. Auf Auktionen werden 20-kV-Messinstrumente als defekt angeboten, weil sie heute verboten wären. Allerdings findet man solche Hinweise auf Gesundheitsgefahren von asbesthaltige Gegenständen nicht, obwohl das Inverkehrbringen asbesthaltiger Gegenstände verboten ist. Als Bieter muss man dort häufig mehr Ahnung haben, als der Anbieter :-(. Man könnte das auch noch bösartiger kommentieren. Kurz: das Leben war früher gefährlich und ist es heute immer noch.

Jetzt sollen aber endlich die Komponenten vorgestellt werden, die oben bereits erwähnt wurden und Teil meiner Versuche sind ...

Vakuumskala nach Cross und
Funkeninduktor

Entladungsröhre nach Pohl

Diese begegnete mir erstmals auf ebay und danach bei entsprechender Recherche im Internet. Wird eine mit Luft gefüllte Röhre evakuiert und an ihre Elektroden (die Kathode überlicherweise als kurzer Zylinder kleinen Durchmessers und die Anode als kleiner Teller, oder beide Elektroden als kleiner Teller ausgeführt) stellt sich bei Unterschreiten eines maximalen Drucks ein Stromfluss ein, der zu deutlich sichbaren und teils manigfaltig strukturierten Lichterscheinungen führt. Irgendwann ist nichts im Rohr (ausser den Elektroden) und der Stromfluss findet nur noch durch Elektronen statt, die unsichtbar sind, aber beim Auftreffen auf die Innenseite der Glasröhre zu grüner Fluoreszenz führt. Eine solche Röhre wird als "Entladungsröhre nach Pohl" bezeichnet. An diesen Versuch in Physik kann ich mich noch sehr genau erinnern. Wie gesagt, das poste ich vielleicht später mal.

Auf Wikipedia finden sich zu "Gasentladung" viele Fundstellen. Und auch sonst bunte interessante Aufnahmen und auch Schemazeichnungen, was sich dabei sehen lässt. Und das ist viel mehr als in alten und neuen Lehrbüchern steht. Aber selbst dort kann man sich begeistern lassen.

Im Druckbereich bei ca. 1 mb lassen sich die meisten Strukturen (aber eben nicht alle) erkennen, welche früher die Forscher ungemein begeistertern, denn die damals zunächst ungeklärte Frage war, was denn da eigentlich fliesst und wie dieses zu den farbigen Strukturen führt. Zur Einstimmung auf diesen speziellen Aspekt bereits hier eine kurze Tabelle aus dem Internet bzw. aus vielen Lehrbüchern ...

Leuchterscheinungen in der Entladungsröhre

Kathode

Astonscher Dunkelraum
Glimmhaut
Hittorfscher Dunkelraum
Negatives Glimmlicht
Faradayscher Dunkelraum

Positive Säule
Anodenglimmlicht
Anoden-Dunkelraum


Anode

Vakuumskala nach Cross

Die Vakuumskala nach Cross ist aber benutzerfreundlicher. Sie kommt ohne Vakkumpumpe aus. Sechs verschiedene Erscheinungsbilder sind mit ihrem Luftdruck eingeschmolzen, in hermetisch verschlossenen Glasröhren, mit den beiden Elektroden. Natürlich könnte man dort eine Wechselspannungsquelle anschliessen, aber fast alle Erscheindungsformen sind spezifische für Kathode bzw. Anode (bzw. den Regionen vor diesen Elektroden). Eine Gleichspannungsquelle ist also ein Muss, um Alles zu sehen.

Im Internet fand ich die folgenden Zuordnungen der sechs Entladungsröhren zu Druck, die hierunter tlw. mit passendem Text wiedergegeben sind.

PHYWE bot unter der Nummer 06645.00 eine Vakuumskale nach Cross an, wobei "Skale" ein für mich ungewöhnlicher Begriff ist. Laut Duden handelt es sich hierbei um den "fachsprachlichen eingedeutschten Begriff für "Skala".

Für meine Vakuumskala konnte ich keine Druckangaben zu den einzelnen Röhren erhalten. Eine ältere ähnliche Vakuumskala desselben Herstellers weist folgende Werte auf ...

Nr. Druck

1 10 Torr
2 5 Torr
3 1,25 Torr
4 0,75 Torr
5 0,05 Torr
6 0,025 Torr

Eine andere Vakuumskala wurde wie folgt beschrieben ...

Röhre Druck Effekt
1 10 mbar Entladung als Lichtstreifen
2 5 mbar Entladung als Lichtband
3 1 mbar Entladung als Geisslerlicht
4 0,5 mbar Entladung als geschichtetes Licht
5 0,1 mbar Entladung als Tesla-Licht
6 0,01 mbar Kathodenstrahlen

Der maximale Strom eines 18-kV-Netzteils schien zunächst zu gering, um die erwarteten Leuchterscheinungen dauerhaft (und nicht nur kurz nach dem Zünden) zu zeigen. Es stellte sich dann aber ein optimaler Wert für den immer verwendeten Schutzwiderstand der Spannungsversorgung von 100 kOhm heraus. Damit konnte ich im Dunkeln hemmungslos erfolgreiche "farbige" Versuche durchführen, mit Ablenkung der Elektronenstroms (Kathodenstrahlen) und auch der positiven Ionen (Kationen) durch einen Dauermagneten, meine Finger, geladenen Reibestab.

Was da alles zu sehen ist, was man mit und ohne angelegte Spannung anstellen und beobachten kann, das ist einfach große Spitze. Wer das noch nicht selber gesehen hat, der kann das einfach nicht glauben. Eine unbändige Experimentierlust ist die Folge, die Stunden vergehen wie im Fluge.

Auf meiner Vakuumskala befindet sich ein Warnhinweis, dass Spannungen oberhalb von 7,5 kV ungesund sind, weil Röntgenstrahlung entsteht und abgestraht wird. Ich stellte erfreulicherweise fest, dass mit dem 100-kOhm-Schutzwiderstand bereits ein Spannung von 5 kV zum Zünden ausreicht. Und die Spannung an allen Röhren bricht nach der Zündung stark zusammen, d. h. der durch die Röhren fliessende Gleichstrom wird nicht durch die Gasentladung in der Röhre, sondern durch den Schutzwiderstand begrenzt. Selbst bei 16 kV tritt nach Zündung ein Spannungszusammenbruch auf.

Gasentladungen weisen nämlich eine negative Kennlinie auf. Sie müssen durch einen Vorwiderstand bei Gleichspannung bzw. einer Drossel bei Wechselspannung begrenzt werden. Dazu lassen sich auch auf Wikipedia unter "Gasentladung" Infos saugen.

Hier muss ich einfach erwähnen, dass auch eine Spannung unterhalb der Zündspannung vielfältige Versuche ermöglicht, wie man durch Finger, geladene Finger, durch einen geladenen Reibestab kurz- und manchmal auch permanente Zündungen bewirken kann. Was mir noch fehlt, die Zündung durch ein Blitzlicht. Meines wurde leider vor einigen Jahren in den Elektroschrott gegeben. Muss mir also ein neues kaufen ...

20.12.2013

Funkeninduktor

Zu beginn meiner Hochspannungsexperimente hatte ich mir einen niedlich kleinen aber historischen Funkeninduktor von KOSMOS zugelegt. Als Betriebswerte sind angegeben ...

Betriebsspannung 4 Volt
Stromverbrauch 0,5 Ampere

Für eine "starke Entladung" sollten 8 Volt angelegt und die beiden Elektroden der Funkenstrecke keinen größeren Abstand als 6 mm haben. Bei geschlossenem Kontakt sei mit einem Dauerstrom von ca. 5 A zu rechnen.

Im Physik-Lehrbuch der Mittelstufe befindet sich ein Diagramm mit dem Spannungsverlauf über der Zeit aufgetragen. Bemerkenswert ist eine sehr hohe und kurze Spitze in der einen Polarität. Dies ist die Hochspannung, der erzeugt werden soll und zum Durchschlag der Funkenstrecke führt. Es treten aber auch Spannung mit der entgegengesetzten Polarität auf. Als maximale Schlagweite ist ein Abstand als 6 mm angegeben. Ein größerer Abstand würde zum Durchschlagen der Wicklungsisolation und damit zur Zerstörung führen.

Mit der an einem Netzteil [PHYWE Netzteil 0...12 V / 5 A] eingestellten Gleichspannung von 5,8 V und einer Schlagweite von 5 mm zeigt ein im Speisekreis eingeschleiftes Amperemeter 1,8 A an. Die keineswegs feinfühlige Einstellung am Netzteil ergibt bei nur geringfügig reduzierter Spannung keine Überschläge mehr. Mehr als 4 Volt Gleichspannung müssen schon angelegt werden, damit es zumindest bei 5 mm zu Überschlägen kommt. Bei gleicher Schlagweite, aber mit den maximal möglichen 8 V Eingangsspannung, stellt sich ein Strom von 5 A ein.

Das ist mehr als ich brauche, um bei Nacht sehr helle und gut sichbare Entladungen zu erzeugen. Und damit [vielleicht] besser als der Einsatz des 18-kV-Netzteils. Extrem störend ist allerdings das laute Geräusch des Wagnerschen Hammers (des Unterbrechers), das zwischen "Schlagbohrer" und "Staubsauger" liegend die Durchführung der Versuche zwischen 17 und 22 Uhr erzwingt. Aber dies hat auch die Wirkung eines Schutzwiderstands, denn so werde ich von stundenlangen nächtlichen Versuchs-Sitzungen, die bis 4 Uhr morgens dauern, abgehalten.

Die starken Erschütterungen führen dazu, dass sich eine Elektrode (90° abgewinkelter dicker Draht) in ihrer Befestigung löst und unten kippt und dabei den Kern aus Eisenstäben berührt. Die Funkenwirkung scheint verstärkt, ich aber bekomme einen Schrecken.

Was noch fehlt, ist eine als kleiner Teller ausgebildete Elektrode (meine beiden sind Spitzen). Die zulässige maximale Schlagweite dürfte dadurch nicht reduziert werden, da die höchste Beanspruchung (geringste Durchschlagspannung) einer Funkenstrecke nicht bei der Konfiguration "Spitze-Spitze", sondern bei "Spitze-Platte" vorliegt. So steht es in meinem Hochspannungsbuch.

Es ist jetzt bereits 22:00. Aber bevor ich aufhöre, muss Eines noch festgestellt werden. Welche Polarität haben die beiden Hochspannungselektroden?

Dafür schließe ich kurz die Röhre #3 der Vakuumskala nach Cross von PHYWE über einen Widerstand von 100 kOhm an die beiden Elektroden der Funkenstrecke an. Das bekannte Entladungsbild der Röhre #3 zeigt klar, dass die vom Zerhacker am weitesten entfernte Elektrode der Pluspol des Funkeninduktors ist.

Damit kann ich bereits die Schaltung zum polungsrichtigen Anschluss der Vakuumskala für den nächsten Abend aufbauen (die Kathode sollte der kleine schmale Zylinder und die Anode sollte der kleine Teller sein).

21.12.2013

Kennlinien des Funkeninduktors ?

Die Leerlaufspannung bei Überschlägen für verschiedene Schlagweiten und Eingangsspannungen zu bestimmen, die Kennlinien des Geräts wäre eigentlich interessant. Ein Versuch, die Spannung mit dem geerdeten, elektrostatischen 20-kV-Voltmeter zu messen, schlägt erwartungsgemäß fehl, weil die Spannung am Funkeninduktor erdfrei sind. Ich traue mich nicht zu einer "einseitigen" Erdung einer der beiden Elektroden, befürchte die Hochspannung zu verschleppen oder etwas der Lebensdauer des Geräts abträglichen zu tun. Von entsprechenden Versuchen ist mir auch nichts bekannt. Der kleine, historische Funkeninduktor soll auf keinen Fall gefährdet werden. Auf die Aufnahme der Kennlinien muss ich also verzichten.

Knallfunkensender

Als Ausblick auf später steht die Möglichkeit, einen Funkensender zu bauen oder einen Testlatransformator. Sollte es möglich sein, die Induktivität der Hochspannungsspule als Induktivität eines Schwingkreises zu nutzen? Bei entsprechender Güte können ja hohe Spannungen entstehen, welche wiederum das Gerät gefährden bzw. zerstören könnten. Muss das mal im Hinterkopf behalten.

Jedenfalls tuen sich jenseits von Gasentladungsröhren, aber mit Entladungen in Luft von Umgebungsdruck, noch einige Möglichkeite auf.

Jetzt aber will die Spannung des Funkeninduktors nutzen, um damit die sechs Entladungsröhren der Vakuumskala nach Cross zu betreiben.

Funkeninduktor und Vakuumskala

Ich wähle einen Abstand der Funkenstrecke von ca. 2 mm. Ich erwarte, dass die Entladungsröhren wie beim 18-kV-Netzteil nach der Zündung zu einem Zusammenbruch der Spannung an den Röhren führt und die Spannung des Funkeninduktors größtenteils am Schutzwiderstand von 100 kOhm abfallen wird. Die Funkenstrecke hätte dann die Funktion, das Auftreten übergroßer Spannungen an den Röhren anzuzeigen, die Röhren zu "schützen" und auch den Operator vor Röntgenstrahlung zu bewahren.

Die ersten Ergebnisse tabellarisch zusammen gestellt ...

Röhre Speisestrom Speisespannung Beobachtungen

#1 0,7 A 5,8 V kein Überschlag in Funkenstrecke
#2 0,7 A 5,8 V kein Überschlag in Funkenstrecke
#3 0,7 A 5,8 V kein Überschlag in Funkenstrecke
#4 1,8 - 2 A 5,8 V anfangs gelegentliche Überschläge,
dann nicht mehr.
#5 2,5 - 3 A 5,8 V Überschläge,
an der Kathode vom Dauermagneten entgegengesetzt abgelenkte
"Spuren" der Elektronen und pos. Ionen (Kationen); der Ablenkungseffekt
des Kationenstroms ist viel geringer als die Ablenkung der Elektronen.
Das Innere hell bläulich, falls grüne Fluoreszenz (wei beim 18-kV-Netzteil) auf
der Glasinnenseite, wird diese durch die helle Gassäule überstrahlt.
#6 0,7 A 5,8 V nur 1 Überschlag (zu Beginn)
"grüne" Fluoreszenz nur äußerst schwach zu sehen, die große Helligkeit
der "Gassäule" überstrahlt alles. Sehr gute Ablenkwirkung des Magneten
mit Überschneidung Kationen / Elektronen mit sehr schmaler heller
"Elektronengrenzlinie".

Die kurzen Anmerkungen zu den Entladungsröhren #5 und #6 geben einen Eindruck davon, was sich alles zeigt und was alles notiert werden muss. Einfach nur im Gedächtnis zu behalten, ist bei der hier vorhandenen Komplexität nicht möglich!

Bemerkenswert ist der Zusammenhang zwischen großer Stromstärke im Gleichstromeingang und Überschlägen. Diese Übereinstimmung kann ich mir nicht erklären. Die Versuche mit #5 und #6 sind wichtig, weil hier zur selben Zeit am selben Ort gleichzeitig die Ablenkung von positiv und von negativ geladenen Partikeln sichtbar werden. Das Potenzial der Versuche mit der Vakuumskala nach Cross ist noch längst nicht ausgelotet.

Zwei Entladungsröhren in Serie

Ich schalte #5 und #6 in Reihe: Plus vom Funkeninduktor liegt in #6 oben (an der ehemaligen Kathode) und der Minuspol vom Funkeninduktor an #5 oben (also richtig). Beide Entladungsröhren dienen also für ihre Partnerin gleichsam als nichtlinearer Vorwiderstand. #5 ist hell, und #6 ist nun sehr schwach, an der parallelen Funkenstrecke des Funkeninduktor erfolgen Überschläge. Und der Gleichstrom dieser Reihenschaltung ist auf 4 A angestiegen.

Werden zwei Röhren (eine mit 3 A und die andere mit 0,7 A) in Reihe geschaltet, dann sinkt nicht etwas der gemeinsame Durchgangsstrom, sonder dieser steigt! Das muss der Effekt der negativen Kennlinie sein! Anders kann ich mir das jedenfalls nicht erklären.

Da ich hier auf der HV-Seite nicht messen kann, sind diese Ergebnisse Anstoss genug, mit dem 18-kV-Netzteil die Kennlinien aller Entladungsröhren aufzunehmen. Das dürfte interessant werden.

Welche Spannungsquelle ist für die Vakuumskala besser ?

Das ist so eine Frage. Einerseits sind die meisten Leuchterscheinungen deutlich heller. Vielleicht sind dadurch einige Ablenkungseffekte (durch Finger und Reibestab, Influenz) besser zu sehen bzw. im sogar im leicht abgedunkelten Raum. Andererseits überstrahlt die recht helle Gassäule die grüne Elektronenfluoreszenz auf der Glasinnenseite bei #5 und #6. Diese ist deutlich schwieriger zu beobachten als mit dem 18-kV-Netzteil.

Magneteffekte sind bei #1 sehr deutlich und sehr hell. Schwache Leuchteffekte treten auch bei einigen Röhren auf, die nur einseitig an Spannung liegen. Ich muss die Magneteffekte bei #1 bis #4 wiederholen.

Bei allen Versuchen befinden sich die Kathodenzylinder in einer ebenso breiten Scheibe hellen blauen Lichts. Dies ist weiter zu untersuchen.

Ebenso wären Kippschwingungen von Interesse. Aber fast alles davon ist unmöglich, da nicht auf der Hochspannungsseite gemessen und weil die Eingangsspannung bzw. auch die Schlagweite nicht genügend fein variiert werden können.

Möglich wären noch Versuche mit unterschiedlichem Schutzwiderstand (2 GigaOhm). Alles andere bleibt der Speisung mit dem 18-kV-Netzteil vorbehalten.

So bleibt schlussendlich nur der Reiz übrig, mit gehöriger akkustischer Begleitung eine Gruppe historischer Experimente nachvollzogen zu haben.

Gruss
Hans-Günter
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Materialprüfung, Gleitentladung und Piezo-Effekt

Ungelesener Beitragvon hgd » 4. Jan 2014, 02:01

Gasentladungen (9)
Materialprüfung, Gleitentladung und Piezo-Effekt

Hallo Liste,

20.11.2013

Kalk aus dem Teekocher (Materialprüfung)

Manche man-made-Materialien entstehen ungewollt und sind störend. Ich koche meinen Grünen Tee mit Wasser aus einem kleinen Kochgerät mit Anschluss an 230 V. Das Wasser in meinem Wohnort ist sehr kalkhaltig und es setzt sich eine stetig weiter anwachsende Kalkkruste ob Boden, wo es heiss wird, und auch am Seitenrand ab. Ab einer bestimmten Dicke platzt die Kruste unten ab, immer in kleinen Plättchen. Ich höre das, denn wenn Wasser unter den sich abhebenden Rand eindringt und dort verdampft, beginnt diese Zunge zu schwingen, und je weiter sich der Fläche der Zunge vergrößert, um so niedriger wird die Schwingsungsfrequenz. Mit E-Technik hat das nichts zu tun, ist aber dennoch reizvoll.

Als wieder mal so weit war, entstand die Idee, nach den vielen Versuchen zur Spannungsfestigkeit von künstlichen Produkten (Kunststofffolien und -Platten) auch mal einen weitgehend natürlichen Stoff (dem Mineral Calciumkarbonat, allerdings nicht auskristallisiert) einer solchen Prüfung zu unterziehen.

Biologische Werkstoffe

Auch biologische Produkte wären bestimmt solche Versuche wert, z. B. eine Funkenfolge bzw. Lichtbogen in Holz unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalt einschlagen zu lassen. Dazu braucht man sich keine Fichte aus dem Staatsforst zu holen, Holzleisten und Zahnstocher aus Holz eignen sich bereits. Wie bei den Folien im heimischen Haushalt zu finden. Mit höheren leistungsfähigen Spannungen dürfte das Wasser (Feuchtigkeit) verdampfen und sich Raum schaffen. So eine Art Modellversuch für den Blitzeinschlag in einen Baum, unter dem man vor Regen Schutz gesucht hat.

Porzellanisolatoren

Ähnlich gefährlich sind auch Porzellanisolatoren z. B. in Durchführungen für HGÜ (Hochspannungsgleichstromübertragung), die bei Überlastung explodieren, mit der Folge vieler scharfer umherfliegender Splitter. Mit ein Grund, nicht Porzellan sondern Kunststoff (Epoxyd) zu verwenden. Das platzt nur auf, aber splittert nicht.

Piezoelektrischer Effekt bei Zucker

Zwar auch Hochspannung, aber benutzerfreundlicher, ist Zucker. Ich denke, es ist Zucker, der einen starken Piezoelektrischen Effekt zeigt. Diesen Effekt kennen die Raucher von Wegwerffeuerzeug. Obwohl Nichtraucher ist es mir schliesslich gelungen, ein solches, aber leeres Feuerzeug zu erwerben. Versuche damit sind geplant, wie auch mit Zucker. Beim Zerreiben von Zuckerkristallen in einem Porzellanmörser sollen Fünkchen zu sehen sein. Das sollte man sich mal anschauen. Vielleicht ließe sich wie für das Feuerzeug eine Versuchsanordnung bauen, die eine Messung der Hochspannung mit einem Elektrometer erlaubt.

Kalkplättchen unter 18 kV

Zurück zum Kalkplättchen. Dieses lege ich auf eine Cu-Platine auf Erdpotenzial. Eine Spitzenelektrode mit +18 kV auf die Oberfläche des Plättchens gesetzt ergibt keinen Durchschlag, Trotzdem wird es laut, denn es erfolgt eine Gleitenladung über die Oberfläche des Plättchens hinweg, über dessen Rand und dann hinunter auf die geerdete Cu-Fläche. Weil die Spannung des Netztgeräts kurzperiodische zusammenbricht, ist dies kein Lichtbogen, obwohl es beinahe so aussieht, sondern eine dauerhafte Funkenentladung (wie fast immer bei meinen bisherígen Versuchen).

Hastig-eilige Experimentatoren könnten jetzt vorschnell auf die Eignung von Kalkablagerungen im Heisswassergerät zur Hochspannungsisolierung schliessen. Wer aber 30 s Zeit hat, wird durch einen weiteren Effekt belohnt. Ich setze die Spitze und warte. Es dauert nicht mehr als 30 s, dann zeigt sich zunächst ein und kurz darauf ein weiterer gelber Punkt. Heisse Punkte! Hier finden jetzt auf einmal echte Durchschläge statt. Den Elektronen war der Umweg über die Kante doch zu weit, sie haben doch noch eine Abkürzung gefunden, bzw. sich an einer weniger widerstandsfähigen "Störstelle" diese selbst geschaffen.

Nun versuche ich, vom Rand aus Gleitentladungen immer weiter vom Rand weg über das Kalkplättchen zu ziehen und in die Nähe der vormals heisse Punkte zu gelagen. Und tatsächlich, nehmen die Elektronen der Gleitentladung dankbar diese "Löcher" an und schlagen hindurch. Also findet kein Selbstheilungsprozess statt.

Wie "tötet" man einen Metallpapierkondensator?

Einen solchen Selbstheilungsprozess gibt es bei Metallpapierkondensatoren. Ich hörte von einem Versuch, wo ein Nagel durch einen solchen MP-Kondensator hindurch getrieben wurde. Bei Anlegen der Spannung gab es einen Kurzschluss, der die düne Metallschicht verdampfen liess, und damit war dann Ruhe, der Kurzschluss verschwunden. Der Kondensator hatte zwar etwas seiner Kapazität verloren, war ansonsten aber wieder "heile". Mit dem Nagel sah er aber ein wenig wie Frankensteins Monster aus (dort die Schraube durch den Hals). Im Film musste es dort ja auch mit Hochspannungen (einem Funkeninduktor?) (re)animiert werden.

Kalkplättchen mit "Schlucklöchern"

Zurück zum Kalkplättchen.

Es ist ein schönes Bild, wie vom Aufsetzpunkt der 18-kV-Spitze viele unterschiedliche Überschläge als Gleitentladung zum Rand stattfinden, fast wie die Speichen eines Rades, bzw. zum nächstgelegenen "Loch" laufen, dass dann rotgelb aufleuchtet, und in diesem wie ein Bach im rheinischen Massenkalk in einem Schluckloch verschwindet.

Zur Gleitentladung gibt es einen noch schöneren (und lauteren) Versuch in der Hochspannungsabteilung des Deutschen Museums. Zwischen zwei Spitzenelektroden wird eine Glasplatte gesetzt. Und prasselnd laufen die kräftigen Lichtbögen um diese Platte herum, anstatt durch diese hindurch. Glas ist wohl besser zum Isolieren geeignet, als Kalk.

Gleitentladung bei Deckgläschen und Objektträgern (Glas)

Das könnten wir auch noch weiter ausbauen: Mit dünnen Deckgläschen und stärkeren Objektträgern aus Glas (Mikroskopieren) liesse sich dieser Versuch auch mit mit 18 kV nachvollziehen. Und wenn 18 kV= nicht reichen, dann vielleicht mit 10 kV~, oder mit Funkeninduktor bzw. Kfz-Zündspule, oder 60 kV, 80 kV, 150 kV oder gar 250 kV, Marxgenerator. Es gibt tlw. preiswerte Hochspannungsgeneratoren auf Halbleiterbasis (für 12 bis 24 V) und natürlich die klassischen Geräte wie Influenzmaschine und Bandgenerator. Und wie ändert sich das Verhalten, wenn diese Glaswaren mit hochfrequenter Hochspannung (Tesla-Transformator) beaufschlagt werden?

Ich bin wieder einmal überrascht, wie viele Versuche sich mit teils einfachen Materialien und Geräten durchführen lassen.

Gruss
Hans-Günter
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Polarisationseffekt

Ungelesener Beitragvon hgd » 4. Jan 2014, 17:58

Gasentladungen (10)
Polarisationseffekt

Hallo Liste,

zunächst sieht das Posting so aus, als würde es wieder "theoretisch". Ist es auch, aber nur zu Beginn. Denn ich berichte über einen Versuch, der diesen im "Hochspannungsbuch" kennengelernten Effekt auch bei mir zeigt. Das ist für mich immer etwas Besonderes. Und warum gibt es diesen Effekt überhaupt? Weil die Elektronen kurz nach dem Urknall ihre Diätvorschrift eingehalten haben, und sehr dünn geblieben sind, während die Träger der entgegen gesetzten Ladung, die positiven Ionen "etwas üppiger" von Gestalt sind. Und dieser Unterschied führt dann zu Effekten, die uns auffallen (könnten). Gleich mehr dazu ...

20.11.2013

Homogenes Feld

im homogenen elektrischen Feld (z. B. Plattenkondensator) gibt es keine Koronaentladung, wenn Ladung übergeht, dann gleich kräftig mit einem Lichtbogen (oder einem Funken, falls die Leistung der Hochspannungsquelle nicht ausreicht).

Inhomogenes Feld

Bei gekrümmten Flächen (im Extrem von Spitzen) tritt vor dem Lichtbogen (bzw. Funken) Koronaentladung als Glimm- und dann als Büschelentladung auf. Die vielen Parameter und deren möglichen Wertebereiche machen das Gebiet der Entladungen im inhomogenen Feld zwar etwas unübersichtlich, aber gleichzeitig genau dadurch auch interessant und äußerst ergiebig für Versuche. Und Vieles davon können wir selber nachvollziehen.

Ich dachte eine Zeitlang, die Konfiguration Spitze-Spitze sei der Extremfall einer Spannungsbelastung. Die Konfiguration Platte-Spitze stellt aber eine viel höhrere Belastung für ein Dielektrikum (z. B. die Luft bei Normaldruck) dar. Während es bei Spitze-Spitze (fast) egal ist, wo Plus und wo Minus angeschlossen werden, sieht das bei Platte-Spitze anders aus. Tatsächlich zeigt sich deutlich unterschiedliches Verhalten, je nachdem, ob die Spitze an Plus oder Minus einer Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Und dies wird als Polarisationseffekt bezeichnet.

Polarisationseffekt

Dem Polarisationseffekt, welchem Bedeutung auch beim Durchschlag in Flüssigkeiten (Isolieröle) und Feststoffen zukommt, begegnete ich zuerst in [1] (von mir öfters kurz als "Hochspannungsbuch" bezeichnet), welches sehr eindrucksvolle Abbildungen und schematische Darstellungen enthält, die es ermöglichen, sich schrittweise in die verschiedenen Phänomene von hoher Gleichspannung, Wechselspannung und Impulsspannung einzulesen. Im Internet finden sich Kurzbeschreibungen, solche können daher hier unterbleiben.

Diesen Effekt deutlicher Asymmetrie wollte (und will ich immer noch) in eigenen Versuchen
nachweisen. Hier folgt ein Bericht über die allerersten Bemühungen. Diese erfolgten freihändig ohne exakte und reproduzierbare Einstellung des Abstands der Elektroden (Schlagweite). Gedanken zum verbesserten Aufbau weiter unten.

Den beiden bisher durchgeführten Versuchen ist gemein, dass eine Spitzenelektrode von oben einer auf den Tisch liegenden Cu-kaschierten Platine langsam genähert wird. Die negative Spitzenelektrode befindet sich auf Erdpotenzial (durchs 18-kV-Netzgerät vorgegeben, dessen Minuspol mit Gehäuse und Schutzleiter der 230-V-Versorgung verbunden ist). Die Platine ist an +18 kV angeschlossen und wird daher trotz der isolierenden Tischplatte zusätzlich auf vier rote Kunststoffisolatoren gelegt.

Alleine die Tatsache der Erdung eines der beiden Hochspannungspole führt zu einer Asymmetrie, welche getrennt von der Zuordnung von Platte und Spitze zu Plus und Minus zu betrachten wäre. Im Buch steht an einer Stelle etwas darüber, allerdings finde ich diese nicht mehr.

Die Notizen auf meinem Zettel sind sehr knapp gehalten. Aber die Versuche müssen eh (genauer und umfassender) wiederholt werden, wobei der Abstand der Spitze von der Platine auf den Millimeter genau zu messen sein wird.

Spitze an -18 kV

Der Durchschlag findet erst bei einem viel kleinerem Abstand der negativen Spitze zur Platine (ca. 2 bis 3 mm) statt (als es bei umgekehrter Polarität der Fall ist). Kräftige Gleitentladung von der Spitze zum Kunststofflineal, über Seite hinweg, um dessen Kante herum zur Platine (ob dies für diese Polarität spezifisch ist, muss bei einer Wiederholung untersucht werden).

Spitze an +18 kV

Zunächst Koronaentladung. Bei weiterer Annäherung der positiven Spitze an die Platine tritt eine verästelte Funkenfolge auf. Dieses Detail wird bei der umgekehrten Polarität nicht beobachtet. Der Durchschlag erfolgt bereits bei einem größeren Abstand der Spitze zur Platine (als es bei umgekehrter Polarität der Fall ist).

Vergleich

Unterschiedlich ist die Entfernung der Elektroden, bei der ein Durchschlag erstmals auftritt. Bei einer negativen Spitze ist dieser Abstand sehr gering. Man könnte (wie im Buch) auch so formulieren, dass bei dieser Polarität ein höherer Spannungsbedarf für einen Durchschlag vorliegt, als es bei einer postiven Spitze der Fall ist. Und genau das ist der Polarisationseffekt!

Ein weiterer Unterschied liegt im Auftreten eines verästelten Lichtbogens (Funkenfolge) vor. Auch dies ist in meiner Erinnerung ein Charakteristikum der Entladung an einer positiven Spitze.

Lichtenberg-Figuren

http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtenberg-Figur

Es gibt ein Unternehmen in den USA, dass diese Figuren von Entladungen in einem transparenten Kunststoffblock vertreibt und wo man wählen muss, ob auf dem Schreibtisch eine wild verästelte oder eine eher ruhige, büschelartige Spur der elektrischen Zerstörung stehen soll.

Vielleicht bekäme man das als Gleitentladung hin, mit feinem Staub auf einer Platte, den man anschliessend mit transparentem, klaren Paketklebeband fixiert und auf ein Blatt weissen bzw. schwarzen Fotokartons klebt. Das wäre wieder mal ein Versuch nach meinem Geschmack.

Zusammenfassung

Zumindest grob scheinen die beiden Versuche erfolgreich gewesen zu sein. Aber die Lust nach "mehr" hat sich wieder eingestellt. Die Spannung kann ich zwar (inzwischen) recht genau messen, aber beim Abstand der Funkenstrecke (Spitze über der Platte) hapert es noch gewaltig, denn zwischen Platine (Platte) und Spitze lässt sich ja keine Schieblehre oder Maßstab halten :cry: .

Eine Möglichkeit wäre, einen Maßstab [(u]aus Kunststoff[/u]) (u]so abzufeilen[/u], dass der Nullstrich genau auf der Kante liegt. Oder mit Dickennormalen (unterschiedlich dicken Platten, Klötzen) zu arbeiten, die nach dem Versuch eingeschoben werden.

All dies setzt aber eine exakt kontinuierlich arbeitende Vorrichtung voraus, wo durch Drehen einer Schraube der Abstand zwischen den Elektroden kontinuierlich und mit Feingefühl reduziert werden kann. Es müsste eine Parallelführung sein, damit also drei bis vier Schrauben. Ein Getriebe wäre zu teuer und zu zeitaufwändig. Oder mit einem Zettel, wo die Anzahl der Drehungen jeder einzelnen Schraube notiert und aus der Ganghöhe der Schrauben auf den Abstand geschlossen wird. Das wäre noch am einfachsten. Oder zwei Spannvorrichtungen der Metallbearbeitung nutzen. Die Spannung sollte bei dem Verstellen möglichst nicht geändert werden müssen. Ansonsten käme eine weitere Ungenauigkeit ins Spiel.

Vielleicht hat jemand eine Idee, wie man das exakt, stabil und billig realisieren kann.

Gruß
Hans-Günter

[1] Hochspannungstechnik, Grundlagen - Technologie - Anwendungen, Andreas Küchler, 2009, 607 Seiten, ISBN 9783540784128, 3540784128
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Entladungen in den Tisch

Ungelesener Beitragvon hgd » 11. Jan 2014, 17:03

Gasentladungen (11)
Überschläge an und in verschiedenen Materialien
Entladungen in den Tisch


Hallo List,

Stichwörter

heute neu meine Stichwortliste, falls jemand die Postings in eine DB erfasst, zum besseren, schnelleren Finden ...

(Lötaugen, Lötaugenplatine, Veroboard, Veroboard, Veroboard-Platine, Teilfunkenstrecke, Serienfunkenstrecke, Entladunsmuster, Funkenmuster, Muster, Anodenspitze, Platte und Spitze, Folie, Deckel, Foliendeckel, Gleitendladungen, Gleitenladung, Verschlusskappe, Ringe, Rolle, Rollen, Klebebänder, Influenz, Anziehung, Abstossung, rollen, Frequenz, Tonleiter, Verschiebungsstrom, Entladungen in den Tisch)

in diesem Posting fasse ich Versuche zusammen, die jeder für sich das Ziel hat(te), ein Werkstück unter Hochspannung zu prüfen und auf seine Eignung abzuklopfen, ob spektakuliere Versuche (vielleicht zum Vorführen) möglich sind. Ich beginne mit einem Nachtrag zu einem bereits geschilderten Versuch bzw. Material.

"Nachtrag" zum 21.11.2013

Am 21.11.2013 hatte ich unter "Gasentladungen (1)" im Kapitel "Einfache Blitztafel" Lötaugenplatinen als einfache "low cost" Teilfunkenstrecken" vorgestellt. Im dortigen Versuch befand sich die Cu-Seite (die Seite mit den Lötaugen aus Cu oben). Als Nachtrag wir hier erwähnt, dass dieser Versuch genauso gut funktioniert, wenn sich die Lötaugen auf der Unterseite der Platine befinden. Die Kontaktierung von der Cu-freien Seite her ist bei mehreren kV kein Problem. Allerdings sieht man nicht die zahlreichen Teilfunken. Also: für maximale optische Effekte muss sich die Cu-Seite immer oben befinden.

28.11.2013

Veroboard-Platine

Dies ist eine ähnliche Platine, für mich allerdings von historischer, nostalgisch verklärter Bedeutung: Als ich Anfang der 60er mit dem Radio- und Elektronikbasteln begann, kannte ich weder Platinen noch gedruckte Schaltungen. Alles wurde auf Blech oder Pertinax festgeschraubt oder/und mit seinen Drähten an Lötösen(streifen) angelötet.

In meiner ersten Elektronikzeitschrift (aus der Bahnhofsbuchhandlung des Remscheider Hbf) fand ich die Anzeige der Firma Veroboard. Ich kaufte mir meine erste Veroboard-Platine und fand diese beim Aufräumen vor einigen Monaten "erneut" in einem Schuhkarton. Effektvolle Versuche mit Lochrasterplatinen eingesetzt als Serienfunkenstrecke wurden bereits gepostet. Liess sich auch mit der alten Veroboard-Platine noch etwas anfangen?

Die einseitige Cu-Kaschierung bestand aus senkrechten Cu-Streifen mit Bohrungen im Rastermass zum Einlöten von Bauelementen mit Drahtanschlüssen. Mit einem Spezialwerkzeug bzw. mit einem einfachen Bohrer konnten die Bohrungen auf der Cu-Seite so erweitert werden, dass der durchgehende Cu-Streifen unterbrochen wurde. Das war und ist wohl heute auch noch eine bequeme Art, schnell eine kleine Schaltung aufzubauen.

Mit Hochspannung aus dem 18-kV-Netzteil (DC) treten immer nur über einen Zwischenraum zwischen benachbarten Cu-Streifen Überschläge. Immer aber treten kaskadierte Überschläge an den sehr schmalen Seiten auf, entland dieser schmalen Stirnflächen mit der Dicke der Platine auf. Es handelt sich um die bekannten Gleitentladungen, die entlang von dielektrischen Werkstoffen aber in der Luft stattfinden, also Gasentladungen sind. Um sie zu verhindern, müsste ich die Cu-Streifen am Platinenrand wegfräsen. Das ist mir für diesen Versuch zu aufwändig.

Als lineare Serienfunkenstrecke wäre diese Platine ohne Veränderungen allerdings gut geeignet. Bei 18 kV ergibt sich fast immer eine maximale Schlagweite über 10 Abstände hinweg.

Bei den Entladungen klopft das +18-kV-Kabel zur Anodenspitze (wie bei einer spirituellen Sitzung) auf die Tischplatte (aus Kunststoff). Die elektrostatischen Kräfte sind so stark, dass sie nicht nur Pendel bewegen und über einige Dezimeter Entfernung einen deutlich spürbaren Ionenwind erzeugen, sondern auch einem Kabel ihren Willen aufzwingen. Es sind elektrostatische Versuchsaufbauten vorstellbar, bei denen diese Kräfte berücksicht werden müssen, damit sich filigrane Strukturen nicht durchbiegen und zum Misslingen eines Versuchs führen.

Zurück zur Veroboard-Platine. Die Anodenspitze auf ihre Rückseite (die Cu-freie Seite) aufgesetzt, hat ein ganz anderes Entladuns- bzw. Funkenmuster auf der Cu-Seite zur Folge: Es stellt sich eine chaotische Verteilung der kurzen Blitze ein. Und es ergeben sich viel mehr einzelne Entladungen im Abstand zweier benachbarter Cu-Streifen, als beim Aufsetzen der Anodenspitze auf der Vorderseite (der Seite mit den Cu-Streifen).

Dünner transparenter Deckel

Ein Deckel aus dünner transparenter Folie (von einer Streichkäseschachtel) wird auf die geerdete Cu-Platine gelegt und dann von oben die Anodenspitze mit 18 kV fest aufgesetzt und gedrückt. Allenfalls ein kurzes einmaliges und sehr leises Ereignis ist zu hören. Vielleicht handelt es sich hier um die Aufladung eines lokalen "Kondensators" aus Platte und Spitze. Ansonsten widersteht der Foliendeckel dieser extremen Belastung bis auf eine einzige Stelle. Dort befindet sich im Deckel eine Knitterstelle, eine Störung im Material (Schwachstelle). Lange, helle und laute Funken springen durch diese Fehlstelle zur Cu-Platine hindurch.

Führe ich die Anodenspitze zum Wulst, in den die Ränder der Schachtel beim Schliessen derselben einschnappen, entstehen heftige Entladungen: Bis zu 15 mm weit laufen die Funken entlang der Oberfläche der Folie, schlagen dann durch sie hindurch und wandern entlang der Oberfläche der Rückseite der Folie weiter, bis zum finalen Überschlag in die geerdete Cu-Platine. Wer diese sehr effektvollen Überschläge (vier in Reihe: zwei Gleitentladungen an der Oberfläche, ein Durchschlag durch die Folie und ein Durchschlag durch die Luft) mit einer gesamten Schlagweite von 15 mm (statt nur 7,5 mm zwischen zwei Spitzen oder zwischen Spitze und Platte) sieht, wird das Problem der Hochspannungstechnik mit Durchführungen, Stützern und Abstandshaltern mit anderen Augen sehen, es vielleicht sogar das erste Mal erkennen und verstehen: das Problem der Gleitentladungen (der Entladungen in Luft entlang von isolierenden Oberflächen). Alles andere ist ja intuitiv verständlich, aber zumindest ich wurde vom Phänomen der Gleitentladung total überrascht.

Verpackungskubus aus steifer, transparenter Folie

Die Folie ist so "fest", dass keinerlei Durchschläge beobachtet werden. Aber es treten wieder einmal sehr kräftige und helle Funken entlang der Oberfläche auf, über 10 mm lang ist die Schlagweite der Gleitentladungen bei 18 kV, wirklich eindrucksvoll.

Mit dieser "starken" Folie ließen sich interessante Versuchsanordnungen für höhere Spannungen ausdenken.

Weiße Kunststoffkappe eines Zahnpastaspenders (Theramed)

Mit dieser Verschlusskappe (und sicherlich auch mit anderen Kappen oder auch breiteren und daher auf dem Umfang stehenden Ringen) als Rad seitlich auf der geerdeten Cu-Platine liegend, ergeben sich bei Annäherung der Anodenspitze interessante Annäherungs- und Weglaufeffekte durch Influenz.

Ich halte die Anodenspitze ins Innere der Verschlusskappe: sofort treten Funken als laute und helle Gleitentladungen auf, die ca. 10 mm weit springen. Außerdem treten elektrostatische (Influenz) Anziehungs- und Abstossungseffekte auf, die sich als Rollen (Wegrollen) über kurze Entfernungen zeigen.

Vermute dass dieser Effekt die Grundlage für Rollbewegung im Kreis bei der kommerziell erhältlichen "Kugelbahn" zwischen zwei Kreisringen bildet. Meine Anregung an mich und die Leser: mit diesem Effekt experimentierung und Konstruktionen ersinnen! Als Material könnten die Ringe von Tesafilm und anderen Klebebänder dienen.

Veroboard-Platine mit Cu-kaschierter Platine und Kunststofftisch

Die Veroboard-Platine liegt mit ihrer Cu-Seite nach oben auf der Tischplatte (Kunststoff). Längs einer ihrer langen Seiten befindet sich allerdings zwischen ihr und der Tischplatte die Cu-Platine mit der geerdeten Cu-Seite nach oben. Es ergeben sich interessante Funkenbilder: bis zu 10 Cu-Streifen werden bei 18 kV (als oberflächennahe Gleitentladungen) übersprungen.

Über 39 Rasterpunkte Abstand hinweg höre ich das Zirpen unsichbarer Entladungen. Sichtbare Funken treten erst ab ca. 10 Cu-Streifen-Abständen auf. Im Dunklen erkenne ich Büschelentladungen von der Anodenspitze zum Drahtloch des oben befindlichen Cu-Streifens und dann von der schmalen Stirnfläche der Veroboard-Platine zum Tisch.

In einer weiteren Konfiguration liegt die Veroboard-Platine mit ihrer Cu-Seite nach unten auf der Tischplatte. Der Kontakt mit dem Masseanschluss des 18-kV-Netzteils erfolgt über die Cu-Platine, auf der die Veroboard-Platine in einem schmalen überlappenden Bereich aufliegt.

Bei 18 kV surrt und zirpt es zwischen der Cu-Seite und der Tischplatte. Vermutlich finden oberflächennahe Gleitentladungen entlang der Tischplatte statt. Leider kann ich diese nicht sehen. Das würde ich aber gerne. So notiere ich mir die Beschreibung eines weiteren Versuchs ...

Ich könnte ein Recheck aus der Tischplatte heraus sägen und ein gleichgroßes Stück Plexiglas einsetzten ...

* Veroboard-Platine auf glasklare glasklare Plexiglasplatte mit randnahem Kontakt zu einer flächigen, geerdeten Cu-Elektrode fest verbinden, aufrichten und im Dunklen "von unten" beobachten. Es gibt bestimmt noch weitere "partiell unsichbare Versuche", für die ich mir praktische Versuchsanordnungen erarbeiten sollte.
[nicht löschen, bleibt Bestandteil des Dokus und des Postings.]

Ich bin überrascht. Bisher ging ich davon aus, dass die Entladungen als Büschelentladungen oder als Gleitentladungen zur am Rand befindlichen geerdeten Cu-Platine verlaufen. Aber von der Spitze durchs Loch, durchs benachbarte und sogar durchs übernächste Loch finden Entladungen [b]direkt in die Tischplatte[/b] statt, selbst wenn die Veroboard-Platine ganz flach mit ihrer gesamten Fläche auf dem Tisch liegt und dabei gar nicht mit dem Massepotenzial des Netzteils direkt verbunden ist.

Das muss detaillierter untersucht werden. Es handelt sich wieder einmal um einen neuen, unerwarteten Effekt.

"Elektrostatische Tonleiter" auf der Veroboard-Platine

Wie zuvor liegt die Veroboard-Platine flach auf der Tischplatte, mit ihrer Cu-Seite oben und ohne Erdung, eine direkte Verbindung mit dem Masseanschluss bzw. dem Gehäuse des 18-kV-Netzteils fehlt. Von der Anodenspitze ergeben sich Büschelentladungen wie zuvor, aber darunter, d. h. zwischen der Veroboard-Platine und dem Tisch tritt keine Entladung mehr auf. Mit dem Cu oben und dem Tisch unten ist jeder einzelne Cu-Streifen ein kleiner Kondensator, der aufgeladen und im Anschluss daran durch die Löcher zum Tisch hin entladen wird.

Ich habe die Veroboard-Platine auf einer Seite an, zwischen ihr und der Tischplatte befindet sich nun ein Keil aus Luft. Es zeigen sich von der Seite in diesen Keil blickend Überschläge zur Tischplatte hin.

Die Veroboard-Platine lasse ich wieder vollflächig zurück auf den Tisch fallen und drücke sie jetzt mit der Anodenspitze und unterschiedlich starkem Druck auf die Tischplatte. Es entsteht ein musikalisches Geräusch, welches je nach Druck seine Frequenz ändert. Eine ganze Oktave bekomme ich so hin. Mit etwas Übung könnte eine einfache Melodie gespielt werden.

Veroboard-Platine vollflächig auf geerdeter Cu-Platine

Die Cu-Platine ist mit dem Erdanschluss des Netzteils verbunden, ihre Cu-Seite ist oben. Auf dieser liegt die Veroboard-Platine ebenfalls mit Cu-Seite oben. Mit der Anodenspitze ergeben sich kräftige Funken mit nochmals neuen Phänomen.

Bei der Veroboard-Platine ändert sich nichts, aber die Cu-Platine wird gedreht, ihre Cu-Seite befindet sich nun unten auf dem Tisch. Sie berührt die Veroboard-Platine daher nun mit ihrer isolierenden Seite, es liegt die Konfiguration eines Kondensators mit geschichtetem Dielektrikum vor, dessen Schichten sich nun auf- und darauf entladen. Leise Überschläge sind bei 18 kV hörbar. Im Dunklen sichtbar springen von der Anodenspitze Funken durch die Löcher der Veroboard-Platine hindurch zur isolierenden Seite der Cu-Platine. Was hier fliesst ist in den Löchern eine Gasentladung, wird beim Auftreffen auf das isolierende Trägermaterial der Cu-Platine zum Verschiebungsstrom durch deren isolierendes Dielektrikum hindurch. Imo die bisher deutlichste experimentelle Darstellung des Verschiebungsstroms. Natürlich kann man sich das in jedem Kondensator mit "eingepackten" (eingerollten "Platten" und "Kunststofffolien") Bestandteilen vorstellen, aber hier sieht man den Elektronenstrom deutlich. Jedenfalls stelle ich mir das vor. Dabei unterstelle ich, dass das Trägermaterial der Cu-Platine ein Isolator ist.

Auch bei diesem letzten Versuch ergeben sich wieder viele Phänome, zu zahlreich zum genauen, einzelnen Durchführen und Erfass. Es macht Spass, damit zu experimentieren.

Gruss
Hans-Günter
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Gleitentladungen bei Glas und Etikettenschutzfolie, Funkenin

Ungelesener Beitragvon hgd » 12. Jan 2014, 16:11

Gasentladungen (12)
"Gleitentladungen" mit HV-DC-Netzteil und Funkeninduktor

Hallo Liste,

es geht weiter mit verschiedenen Materialien, manche aus dem heimischen Haushalt. Bin gespannt, was sich heute beim "Herumspielen" an Phänomen einstellen wird.

28.11.2013

Gleitentladung in der kleinen Kugelfunkenstrecke (Vorversuch)

Die "kleine" Kugelfunkenstrecke kommt erstmals zum Einsatz, "klein", weil der Durchmesser ihrer Kugeln nur 36 mm beträgt. Aus den beiden Kugelkondensatoren, deren Kugeln einen Durchmesser von 92 mm und daher eine Kapazität von je 5,1 pF aufweisen, liesse sich auch eine Funkenstrecke aufbauen, die ich dann "große" Kugelfunkenstrecke nennen würde.

Mit der "Kleinen" stelle ich einen Abstand so ein, dass bei 18 kV noch kein Überschlag stattfindet. Der Abstand beträgt 4 mm. Halte ich das Kunststofflineal zwischen die Kugeln, spring eine Funkenfolge (Funken) um dessen Kanten herum. Das erinnert an einen Versuche im Deutschen Museum, der bereits geschildert wurde.

Die Versuche können mit Messungen erweitert und Versuche so geplant werden, dass Durchschläge bei genau definierten Spannungen erfolgen. So lassen sich Spannung in der Höhe begrenzen, Spannungen indirekt auch messen und auch "Hochspannungsschalter" bauen. Später einmal mehr. ich möchte zunächst die vielen qualitativen Effekte ausprobieren, bevor ich mich ans Messen begebe.

Folien in der kleinen Kugelfunkenstrecke (Vorversuch)

Nun halte ich den etwas dickeren transparenten Deckel einer Streichkäseschachtel in den sehr schmalen Spalt zwischen die Kugeln. Außer in Randlage an der Oberfläche der linken oder der rechten Kugel, findet kein dauerhafter Durchschlag statt. Aber es funkt einmal kurz aber laut. Dann herrscht Ruhe.

Ich schiebe die Folie ein wenig weiter: und wieder gibt es einen (nur einen) kleinen Knall, die Folie wird über einem Durchschlag durch die Luft in der Funkenstrecke aufgeladen. Interessant.

Nun wird eine Dokumentenhülle eingeführt. Solange sie in Bewegung gehalten wird, finden lautstarke Aufladungen statt. Belasse ich sie ruhig an einer Stelle, folgt auf dem einmaligen Knall kein weiteres Phänomen. So etwas hatte ich bisher noch nicht erlebt. In dem nahezu homogenen Feld einer Kugelfunkenstrecke ist eben einiges anders als zwischen Spitze-Spitze bzw. zwischen Spitze-Platte. Ich freue mich auf weitere Versuche mit Kugelfunkenstrecken.

03.12.2013

Etikett-Schutzfolie macht zunächst "flapp" und dann schlapp

Eine solche Schutzfolie ist auf der einen Seite ziemlich glatt, dort soll ja das Klebe-Etikett bei Bedarf leicht abziehbar sein. Sind dort Gleitentladungen zu sehen? Keine Ahnung, das muss ich also ausprobieren.

Die Schutzfolie liegt mit ihrer stumpfen, bedruckten Seite auf der mit Cu kaschierten Seite einer Platine. Diese Platine liegt nicht auf der Tischplatte [ich weiss nicht mehr warum], sondern lagert auf vier roten Isolatoren (im Jargon der Hochspannungstrechnik "Stützer" genannt). Vom strammeln Aufwickeln auf der Rolle biegt sich die Schutzfolie in der Mitte nach oben. Die +18 kV vom 18-kV-Netzteil liegen an einer Spitzenelektrode (genannt Anodenspitze).

Ich nähere die Anodenspitze von oben der nach oben gewölbten Schutzfolie langsam an. Bei ca. 20 mm Abstand macht es auf einmal recht laut "flapp", und die gesamte Schutzfolie liegt mit ihrer gesamten Fläche auf der Cu-Seite der Platine auf, ohne den geringsten Zwischenraum zu lassen. Sie wird überall von einer Kraft niedergedrückt, plattgerdrückt und kann sich keinen Deut mehr regen. Das ist Influenz! Und auch nach Abzug der Anodenspitze von ihrer Oberfläche bleibt sie dort angepresst "kleben". Dies ist der Effekt, mit dem die Seiten von Druckerzeugnissen (Zeitungen und Zeitschriften) an einander gepresst werden und so auch bleiben.

Ab einem Abstand von ca. 4 mm wird die Schutzfolie durchschlagen. Die Auftrittsstelle wird dabei punktförmig sehr hell. Es tritt eine dauerhafte punktförmige Schädigung auf, daran zu erkennen, dass an weiter entfernten Stellen die Funken von der Anodenspitze nicht dort auftreffen, sondern durch die Luft zur bereits geschädigten Stelle hinspringen. Diesem Phänomen war ich bereits bei früheren Versuchen mit Folien begegnet.

Gleitentladungen und Koronaentladungen an und auf der Etikett-Schutzfolie

Nun lasse ich die Schutzfolie überhängen. Vermutlich ist das der Grund, warum ich die Cu-Platine auf "Stützer" gelegt hatte. Bis zu 12 mm lange Gleitentladungen verlaufen gezackt und bis zu 30° gegen die direkte Verbindungslinie gedreht zum scharfkantigen Rand der Cu-Platine. Und sind dadurch bedeutend länger, als es "geometrisch" erförderlich wäre.

Wie gestern schlägt die Entladung entweder an der Anodenspitze zur unteren Folienseite durch oder erst oberhalb des scharfkantigen Rands der Cu-Platine. Der große Rest der Entladungsstrecke ist Gleitentladung.

Die Starrheit der Schutzfolie dürfte der Grund sein, dass der Verlauf der Gleitentladung (fast) zu hören ist. Es treten unterschiedliche Geräusch auf. Auch dieser Versuch hat das Potenzial, sich länger mit ihm zu beschäftigen.

Wie bereits erwähnt ist die Schutzfolie etwas starrer als andere Folien. Sie hängt also nur leicht über den Rändern der unter ihr befindlichen Cu-Platine nach unten durch. Ich bezeichne diese überhängenden Randbereiche als "Zunge". Bei Annäherung der Anodenspitze an diese "Zungen" tritt eine besonders laute Koronaentladung auf, die an anderen, randfernen Stellen fehlt. Vielleicht schwingt die Zunge im "hochfrequenten" Takt der Funkenfolge oder aber sie schwingt auf ihrer mechanischen Resonanzfrequenz. Das messtechnisch zu entscheiden wäre eine umfangreiche Erweitung des Versuchs, das schenke ich mir jetzt zunächst.

Die Anodenspitze befindet sich jetzt 60 mm vom äußeren Rand der 30 mm überstehenden Schutzfolie (Zunge) entfernt. Dennoch ist ein Zirpen der Zunge zu hören. Dieses setzt bereits ab einer seitlichen Annäherung auf 130 mm ein. Führe ich die Spitze weiter nach innen, bis in den Bereich der unten liegenden Cu-Platine, verebbt dieses Geräusch. Vielleicht weil jetzt erst die gesamte Schutzfolie fest auf der Cu-Platine aufliegt. Hebe ich jetzt die Folie mit dem Kunststofflineal ein wenig über der Cu-Platine an, setzt sofort das Zirpen der Schutzfolie ein.

Statt des Lineals lege ich nun einen Filzschreiber zwischen der sich hochwölbenden Folie und der Cu-Platine. Sofort setzt ein sehr lautes gleichmässiges Zirpen (irgendwie "resonant" bzw."farbig") ein. Für diesen Effekt reicht ein Abstand von Cu-Platine bis zur Anodenspitze von 120 bis 140 mm aus.

Etikett-Schutzfolie im Dunkeln ...

An der Anodenspitze zeigen sich blaue Büschel. Bei Annäherung an die Folie erfolgt ein Durchschlag durch diese hindurch auf die Cu-Seite der einseitig Cu-kaschierten Platine, die Schlagweite ein Mehrfaches als direkt von der Spitze zur Cu-Seite. Und es sind leuchtkräftige, laute Funken. [ich vermute, ich hatte hier Gleitentladungen an der Folie beobachtet].

An der rechten langen Folienseite drücke ich mit der sprühenden Anodenspitze die Schutzfolie so durch, dass sie links abhebt und zu vibrieren beginnt und dadurch leise "tip-tap" auf die Cu-Seite der Platine "trommelt". Dies ist eindeutig ein elektrostatischer Effekt (Influenz).

Rechts vom Filzschreiber wird die Folie nach unten gedrückt (durch die Anodenspitze), gleichzeitig biegt sie sich aber auch links herunter. Dass eine dort durch Influenz erkennbare Ladung über mehrere Zentimeter hin gelangt, lässt den Schluss zu, dass die Schutzfolie beschränkt leitfähig ist. Es zirpt dort, obwohl sich die "speisende" d. h. sprühende Anodenspitze mehrere Zentimeter über (der rechten Seite) der Folie befindet. Es könnte aber auch der von der Anodenspitze ausgehende Ionenwind den Transport der Ladung bewirken.

Über der schrägen Schutzfolie zeigen sich die blauen Koronabüschel nicht senkrecht nach unten, sondern mal nach links, ein Stück weiter nach rechts von der Senkrechten entfernt. Sie sind besonders zwischen der Folie und der Cu-Seite der Platine ziemlich lang und auch sehr breit und scheinen auf der Unterseite der Folie in deren schrägen Bereich wie eine Gleitentladung zu verlaufen, aber immer als breites Büschel. Ich fühle mich ans "Wachspapier" der letzten Nacht erinnert. Ist und sieht jedenfalls äußerst interessant aus.

Ob die mutmassliche geringe Leitfähigkeit das E-Feld beeinflusst? In der Hochspannungstechnik werden ja "Barrieren" aus gering leitfähigem Material zur Formung ("Steuerung") des Elektrischen Feldes benutzt. Vielleicht (aber nur vielleicht) könnte so das absonderliche Erscheinungsbild der Effekte an der Folie erklärt werden.

Zwischen der Ecke der Cu-kaschierten Platine und der Anodenspitze zeigen sich schöne Büschel (wie auch zwischen der Cu-Seite der Platine und der Anodenspitze ohne Folie, aber hier leuchten kleine Büschel oder Glimmentladungen an der Spitze bereits über eine Entfernung von ca. 40 mm auf (die Entfernung ist im Dunkeln sehr schlecht zu messen, genaue Messungen und Beschreibungen bleiben einem erweiterten zukünftigen Versuch vorbehalten).

Die gesamte Schlagweite (Spitze - Luft - Folie - Luft - Platine) ist mehr als doppelt so groß wie es bei einer Entladung zwischn Spitze und Platte der Fall wäre, charakteristisch für das Verhalten von Gleitentladungen.

... und im Hellen

Mit zwei Krokodilklemmen spanne ich die Schutzfolie zu einer hohen Falte (einem Bogen von maximal 27 mm Höhe) auf. Führe die Anodenspitze Funken ziehend die Falte hinauf und schiebe sie auch seitlich unter die Falte.

Obwohl die Anodenspitze senkrecht zur Cu-Fläche der Platine nach unten zeigt, verlassen die Funken nach dem Durchschlag auf die Unterseite die Folie senkrecht zu dieser, folgen einem gekrümmten Verlauf im Raum zwischen Folie und Cu-Fläche, um schließlich senkrecht zur Cu-Fläche in selbige einzuschlagen.

Dieser bogenförmige Verlauf entspricht dem Verlauf der elektrischen Feldstärke zwischen zwei Äquipotenzialflächen. Das spricht für meine oben geäußerte Vermutung einer geringen Leitfähigkeit der Schutzfolie. Ein wichtiges Ergebnis, auch als Anregung zu weiteren Versuchen mit zu Bögen gefalteten Folien. Das geht leicht von der Hand, und man kann bei Klarsichtfolien überall hineinschauen, von der Seite, von oben und ggf. auch von unten.

* elektrische Leitfähigkeit der Schutzfolien von Klebeetiketten messen !

08.01.2014

Induktivität

heute konnte ich ca. eine Stunde mich wieder mit dem KOSMOS Funkeninduktor beschäftigen. Um bei zukünftigen Tesla-Versuchen die Induktivitäten von Primär- und Sekundärwicklung zur Hand zu haben, habe ich die heute mit einem LCR-Meter gemessen.

Die Primärwicklung (für 4 bis 8 Volt, = wie auch ~, man kann das Teil auch an Wechselspannung betreiben) wurde zu L = 6,53 mH und R = 1,7 Ohm gemessen. Bei 4 V ergibt sich rechnerisch ein Strom von 2,4 A. Heute betrieb ich das Gerät an den maximal möglichen 8 V, dabei ergab sich ein Strom von bis zu 5 A, was sich ebenfalls durch diesen Wicklungswiderstand erklären lässt.

Für die Sekundärwicklung (die Hochspannungswicklung) lieferte das LCR-Meter keine Induktivität, sondern nur einen Widerstand von 3,1 kOhm. Offenbar ist der Widerstand der Wicklung bedeutsamer, als die Induktivität, vermutlich die Folge eines sehr dünnen Drahtes.

Windungsverhältnis

Daran hatte ich noch nicht gedacht. Entweder speise ich ca. 4 V~ primärseitig ein und messe mit Hochspannungstastkopf am DMM die Ausgangsspannung, oder speise sekundärseitig 230 V~ und schaue, was vorne rauskommt. Ist vielleicht besser, weil bei 4 V~ am Eingang der Unterbrecher (Wagnerische Hammer) ja bereits tätig wird. Mal sehen, eilt ja nicht, bin nur neugierig.

Schutzfolie für den Hemdenkragen

... aus einem neu gekauften Hemd. Halte ein Stück davon zwischen die beiden Spitzen der Funkenstrecke (d = 2 mm). Die Dicke der Folie beträgt 0,3 mm. Ohne Folie zwischen den Spitzen funkt es laut und kräftig mit ca. 3 A bei 8 V=. Wenn die Folie so in die Funkenstrecke gehalten wird, dass es zu keinem Überschlag kommt, fliesst eingangsseitig ein Strom von nur noch 1,4 A.

Die dünne Folie verhindert nur bei zentraler Lage in Bezug auf die beiden Spitzen einen "Lichtbogen" (eine Funkenfolge). Etwas zum Rand verschoben, findet eine "Gleitentladung" statt, eine permanente schnelle Funkenfolge, die nicht als "echte" Gleitentladung auf die Folie trifft und dann auf deren Oberfläche nach außen läuft, die Kante der Folie umrundet, um dann wieder auf der Rückseite der Folie zur Mitte zu fliessen und dann direkt zur Spitze auf der "Rückseite" fliesst.

Was der "Lichtbogen" stattdessen macht? Er verlässt die erste Spitze und fliesst auf direktem Weg zur Außenkante des Folienstücks, umrundet dies, und springt dann wieder auf direktem Weg zur zweiten Spitze über. Die Flugbahn des "Lichtbogens" weist also einen V-förmigen Verlauf auf, der gut anzusehen ist.

Änlich sieht es aus, wenn ich drei Folienstückchen einseitig zuammenklemme und mit der nicht geklemmten, leicht aufgefächerten Seite in den "Lichtbogen" schiebe.

Ich schiebe die Spitzenelektroden auf einen Abstand von (d = 0,5 mm) zusammen. Die primärseitige Stromstärke beträgt beim direkten Durchschlag (ohne Folie) 4,7 A. Wiederum schafft es die Folie, eine Entladung (bis zu 10 s beobachtet) zu verhindern, wenn sie mittig in die Funkenstrecke gehalten wird. Der Strom sinkt dabei auf 1,4 A.

Treten aber durch Verschieben der Spitzenelektroden aus der Mitte des Folienstücks heraus "Gleitentladungen" auf (es sind keine echten, weill der "Lichtbogen" auch bei diesem geringen Abstand nicht unmittelbar an der Oberfläche verläuft), so reicht deren Temperatur (damit thermische Energie) aus, die Folie auf- und dann durchzuschmelzen, fast wie ein Lötkolben durch einen Block Kolophonium geht (aber ohne Geruch und ohne Blasenbildung).

Mit dem 18-kV-Netzgerät traten solche Aufschmelzeffekte seltener auf. Mit 0,5 mA und 18 kV ist dessen Leistung mit maximal 9 W auch viel geringer als beim Funkeninduktor, dessen Eingangsleistung bei 5 A und 8 V 40 W beträgt. Die Ausgangsleistung kann ich hier allerdings nicht bestimmen.

Deckgläschen

Extra zum Funkeninduktor hatte ich mir Deckgläschen (und Objektträger) aus Glas gekauft. Die Deckgläschen weisen eine Dicke von nur 0,15 mm auf. Vielleicht müsste man sich schneiden um zu glauben, dass dies wirklich Glas ist. Ich halte eines von ihnen zwischen die Spitzenelektroden (Abstand d = 0,5 mm) und erziele eine gesamte Schlagweite von 2 x 10 mm. Wie bei der Folie verlaufen auch hier "Lichtbögen" nicht direkt auf der Glasoberfläche. Längere Funkenlängen wären vielleicht möglich, aber dafür sind die Deckgläschen mit ihren 18 mm x 18 mm zu klein.

extreme Belastung des Funkeninduktors

Mir geht jetzt plötzlich auf, dass bei der Verhinderung der Entladungen durch Einschieben einer Folie, die maximale Spannung nicht mehr begrenzt wird, sondern solange steigt, bis Entladungen über die Kanten erfolgen oder eben keine stattfinden. In diesem Betriebszustand kann die Funkenstrecke ja ihre "Schutzwirkung" gar nicht erfüllen. Weil aber diese Funken, die beim Deckgläschen eine Gesamtlänge von bis zu 20 mm erreichen, die maximal zulässige Schlagweite der Funkenstrecke von 6 mm um ein Mehrfaches überschreiten, führe ich ja genau den Betriebszustand herbei, der laut Anleitungsblatt unbedingt zu vermeiden ist, damit im Funkeninduktor keine Überschläge stattfinden und die Hochspannungswicklung zerstören. Daran hatte ich mich ja halten wollen. Aber diese Funkeneffekte sind so interessant, das ich einfach noch nicht damit aufhören kann.

extreme Belastung des Deckgläschens

Auch das Deckgläschen wird gefordert. Inzwischen habe ich die Schlagweite der Funkenstrecke auf 5 mm vergrößert. Bei freiem Durchschlag beträt die Stromstärke am Eingang 2,8 A. Vom Deckgläschen ist inzwischen ein Stück abgebrochen? Mechanisch vom Ablegen oder elektrisch (hohe punktuelle Temperatur der "Lichtbögen"?).

Im Vergleich zu einem noch frischen Deckgläschen sehe ich im belasteten sehr kleine "Pünktchen". Ist hier das Glas angeschmolzen? Einen Dauerversuch möchte ich aber nicht durchführen, um den Funkeninduktor nicht noch mehr zu gefährden.

Objektträger

Die Dicke des Objekträgers beträgt 1,1 mm. Gemessen an Deckgläschen ist er geradezu stabil. Beide werden beim Mikroskopieren benutzt und sind in einem Laborladen ausgesprochen günstig. Beides dürfte mit anderen Hochspannungsgeneratoren bestimmt noch sinnvoll einzusetzen sein.

Wie bei der Kunststofffolie und dem Deckgläschen springt der "Lichtbogen" (Schlagweite zwischen den Spitzen 5 mm) von den Elektroden direkt zur Kante des Objekträgers und um diese herum. Keinerlei Andeutung einer Gleitentladung erkennbar.

Magnesiarinne

Diese wurde ebenfalls im Laborladen gekauft. Wesentlicher Unterschied ist, dass zwar meistens kein Durchschlag stattfindet, aber gelegentlich doch. Der "Lichtbogen" (Schlagweite 5 mm) durchschlägt in diesen Fällen ohne jegliche Ablenkung das Material, dass sich offenbar erhitzt, am hellen gelben Fleck zu erkennen. Dies mit freihändigem Halten zu errreichen ist aber sehr diffizil. Ansonsten stellt sich ein fast gleicher direkter Verlauf in Luft um die Magnesiarinne herum ein. Da diese aber gebogen ist, zeigt sich an deren Kante auf der konvexen Seite auf ca. 2 mm Länge "Gleitentladung". Ob dies eine "echte" ist, kann ich hier nicht unterscheiden.

Wo der Durchschlag erfolgte befindet sich auf einer Seite ein mittelgroßer Bereich von gelbbrauner Verfärbung auf nur einer der beiden Seiten. Ein bleibender defekt ist imo auszuschliessen, weil nicht wie bei geschädigten Kunststofffolien "Lichtbögen" bzw. "Funken" immer sehr gerne durch genau diese Stelle hindurch schlagen. Unter der Lupe zeigen sich aber winzig kleine gelbbraune "Krater" auf der der gelbbraunen Verfärbung gegenüberliegenden Seite. Wenn also keine bleibende "elektrisch" relevante Schädigung im Material beim Durchschlag stattgefunden hat, so haben zumindest aber oberfläche Aufschmelzungen stattgefunden. Das pass zum hellen gelben Fleck.

Glasstäbe

Zwei Glasstäbe von 3 und von 4 mm Durchmesser (gleiche Bezugquelle wie hierüber) in den "Lichtbogen" von 5 mm Schlagweite gehalten zeigen auf der gesamten halben Oberfläche eine eng anliegende "Gleitentladung". Ob diese echt oder nur scheinbar eine Gleitentladung ist, kann ich genausowenig wie oben entscheiden.

Streichholz zündet nicht

Dies ist genauso bei einem Streichholz. Der "Lichtbogen" liegt vollständig eng an, sowohl im offenbar sehr trockenen Holz als auch beim Zündköpfchen. Trotz längerem Versuchen gelingt es mir nicht, das Zündköpfchen zum Zünden bzw. Aufflammen zu bringen. Nichts dergleichen ist feststellbar, auch nicht an der helleren Anodenspitze der Funkenstrecke. Da könnte noch etwas Spielraum zum Experimentieren sein. Jedenfalls spricht dies für die sichere Konstruktion des Zündhölzchens.

Blechnäpfchen als Elektrode

Schon immer wollte ich bei meinem Funkeninduktor auch mal so ein Funkenbüschel wie in vielen Abbildungen sehen. Bisher habe ich nur die Konfiguration Spitze-Spitze realisieren können. Noch bevor ich einen kleinen Blechteller in einer externen Funkenstrecke zusammenlöten kann (bei dünnem Blech müsste Weichlöten möglich sein), führte ich mit einer isolierenden Klemme das Blechnäpfchen eines Teelichts in die Funkenstrecke und an eine der beiden Spitzen bis zum Kontakt. In der Tat sprangen die Funken von der anderen "Noch-Spitzen-Elektrode" auf wechselnde Einschlagpunkte des Blechnäpfchens, aber nur, wenn sie ins Innere des Blechnäpfchens zielten. Auf die glatte Aussenseite sah es aus wie immer, Einschläge nur an einer einzigen Stelle. Vielleicht liegt der Trick darin, nur ein sehr kleines rundes Tellerchen zu nehmen, dessen Feldstärkeverlauf des Tellerrandes wirkt, während ein großer Teller aus Blech wie die Konfiguration Spitze-Platte wirkt. Alleine dies macht eine Fortführung des "Blechtellerversuchs" interessant.

Zusammenfassung

Es ergeben sich wiederum mehrere Anregungen für Versuche mit Folien und Glasplättchen, mit Hochspannung aus einem DC-Netzgerät oder von einem Funkeninduktor. Besonders schöne Gleitentladungen um Glasplättchen (Deckgläschen und Objekträger) herum, seien es "echte" oder "unechte".

Gruss
Hans-Günter
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Re: Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon Friedhelm » 17. Jan 2014, 12:53

Hallo Hans-Günter,

ich komme kaum nach mit dem Lesen deiner Versuche....

Im Funkamateur-Shop werden Hochspannungsdurchführungsisolatoren aus Keramik angeboten.
Ich glaube, die können was "ab".

Beste Grüße,

Friedhelm
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Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon hgd » 17. Jan 2014, 21:44

Hallo Friedhelm,

Friedhelm hat geschrieben:Im Funkamateur-Shop werden Hochspannungsdurchführungsisolatoren aus Keramik angeboten.
Ich glaube, die können was "ab".
Friedhelm


Danke für den Hinweis, habe ich mir notiert, und werde mir die "anschauen".

Gutes Wochenende
Gruß
Hans-Günter
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Re: Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 13. Jan 2016, 19:26

Hallo Hans-Günter

Sehr interessant alle Deine Versuche mit den verschiedenen Funkenstrecken, "Geteilte Funkenstrecke", "Blitztafel".
Als Liebhaber von Greinacherschaltungen und Marxgeneratoren wollte ich Dich fragen,
ob Du bei Deinen Experimenten mit einem Spektrumanalysator mit kurzer Antenne und
großer Entfernung (damit der Spektrumanalysator nicht beschädigt wird) von deiner Funkenapparatur nachgesehen hast,
was da an Hochfrequenz erzeugt wird.
Du wirst da Überraschungen erleben!

Viele Grüße

Physikfan
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Vorsicht bei Gasentladungen, Funken und Lichtbögen

Ungelesener Beitragvon hgd » 14. Jan 2016, 18:53

Hallo Physikfan,

danke für Deinen Kommentar, seit Jahren ist die erste Nachricht aus diesem Forum an mich. Ich hatte danach diese HV-Versuche zwangsweise unterbrochen (bis heute hält diese Unterbrechung an), weil innerhalb von einer Woche neue Fenster als Rahmen einer "energetischen Sanierung" eingebaut werden mussten und zwar gleichzeiting in der gesamten Wohnung. Also mussste ich alles um die Fenster herum und auf dem Weg zu diesen, in irgendwelche Ecken umbetten. In einer solchen Ecke liegt der HV-Kram noch heute. Danach stieg ich um auf Kurzwellenbetriebstechnik, empfange und sende als Funkamateur mit maximal 10 Watt. Und werde beim Empfang durch die zahlreichen Schaltnetzteile extrem beeinträchtig. Der abendliche Störpegel auf 1,8 bis 7,1 MHz beträgt im Empfänger S9. Das ganze Haus ist verseucht.

Als E-Techniker und Funkamateur bin ich mir des Störpotenzials von Funkenstrecken bewusst. Die damaligen "Experimente" wurden daher nur für kurze Zeit eingeschaltet. Als Dauerversuche ist das alles imho ungeeignet. Aber wenn ich permant durch S9-Pegel an der Ausübung meines Hobbys behindert werde, darf ich kurzzeitig auch mal einige Funken überspringen lassen. Wie gesagt, seit damals habe ich nichts mehr gemacht. Das Gebiet von E-Technik und Funk ist einfach zu riesig. Jedenfalls kommt keine Langweile auf.

>
was da an Hochfrequenz erzeugt wird. Du wirst da Überraschungen erleben!
<

Für mich ist das also unter verschiedenen Aspekten keine Überraschung. Dein Hinweis hier im Forum aber trotzdem sinnvoll und auch erforderlich.

Die Versuche bedeuten ja auch andere Gefährnisse. So hatte ich einige Effekte nicht mit Sonnenbrille sehen können, sondern musste diese absetzten, um bei Funken in der Luft winzig kleine Zonen zu erkennen, die sonst nur bei deutlich geringerem Luftdruck zu beobachten sind. Da gibt es schöne gasgefüllte Röhren auf ebay mit abgestuftem Luftdruck. UV-Strahlung ist ungesund, besonders für die Augen.

Damals hatte ich auch youTube entdeckt. Was dort so getrieben wird, leistungsstarke Lichtbögen bei ca. 10 oder 20 kV, das ist erheblich mehr, als wie bei mir mit einem Hochspannungsgenerator, der nur wenige mA (Milli-Ampere) liefert. Der ist noch nicht einmal lebensgefährlich. Bei einem Kondensatorversuch war das schon anders, trotz Entladung hatte der nach mehreren Minuten wieder Spannung, als ich den mit meiner linken Hand anfasste, hat es ordentlich gezuckt. Seit der Zeit weiss ich dass, und habe das auch in der Literatur nachgelesen. Die Lektüre eines Lehrbuchs über Hochspannungstechnik oder die Schutzmaßnahmen eines HV-Praktikums sind da schon hilfreich.

Solche Typen die eine russische Röntgenröhre in Betrieb nehmen und zwei (ich wierhole: zwei Minuten) lang mit einem Gammastrahlendetektor an der Röher herumfuchteln mit Vollausschlag und dabei Spass haben, da "kriechs ich im Kopp !"

Oder ein Buch, wo der Bau eines 50-Hz-Hochspannungstrafos gezeigt wird mit einer Ausgangsspannung von 750 kV, das erachte ich schon als grenzwertig. Auch wenn er Fachmann ist und auch wenn er umfangreiche Warnhinweise dem eigentlichen Buchtext voran stellt. Auch wenn der Autor den schweren Trafo in seiner geräumigen Garage einschaltet, möchte ich kein Halbleiterempfänger in der Nähe sein.

Wenn ich heute wieder solche Versuche machen würde, dann wären alle Funkgeräte am Ein- bzw. Ausgang kurzgeschlossen und sehr weit entfernt, sowie die Antennenausgänge kurzgeschlossen. Ich brauche dazu keinen Spektrumanalysator.

Habe 1976 mal einen Leistungsgenerator für Versuche auf der Lecherleitung gebaut. Weil der nicht funktionierte, durfte ich einen teuren Spektrumanalysator mit sehr teurem Messkopf benutzen, mit eindringlichen Warnhinweisen vom Werkstattleiter. Als ich den dann einschaltetet und mehrere Meter entfernt einschaltete, gab es keine Anzeige. Großer Schreck. Es stellte sich am nächsten Tag heraus, der Messkopf hatte einen Wackelkontakt, da ging es mir bedeutend besser. Und ich sah, dass der Generator nicht schwang und nach Veränderungen der Schaltung ein sauberes Signal auf 1 Frequenz ohne erkennbare Nebenwellen aussandte.

Einmal habe ich mir eine Brandblase durch einen HF-Lichtbogen zugezogen, einmal an einer Antenne mit Glühbirnchen, Generatorleistung 20 Watt in der Schule. Seit damal weiss ich, dass man ein Metallteil oder Graphit in die Finger nimmt (z. B. bei 10 cm langen Funken aus einem Teslatransformator, Schulversuch). Etwas Dummes war dann ein Selbstversuch beim 2-Megawatt-Sender von RTL im Käfig mit der Ankopplung an die Antenne, ich steckte meine Hand durch den schmalen Spalt zwischen Lochgitter und der Wand in Käfig hinein. Obwohl hier das Minimum der Feldstärke zu erwarten war, gab es sofort einen stechenden Schmerz in der Hand mit automatischem Rückzug derselbigen. Heute würde ich so etwas nicht mehr tun.

Wer heute Hochspannungsversuche durchführt, der sollte möglichst geringe Eingangsleistung nutzen. So mit 10-kV-Trafo an 230 V ohne Vorwiderstand auf der 230-V-Seite hatte ich auch nicht geplant. Auch wenn ich mal versuchen sollte, mit einem Lichtbogen zwischen Kohlestäben HF zu erzeugen, würde ich mich langsam herantasten, mit einem Lichtbogen, der einen NF-Schwingkreis erregte. Aber wie gesagt, im mom bin ich mit der vorschriftenkonformen Erzeugung von HF im Bereich von Mittelwelle und Kurzwelle (mit Leistungen von einigen mW bis maximal 10 W) voll ausgelastet.

Entschuldige wenn das deutlich langatmig war. Für mich ist hierbei immer viel Nostalgie im Spiel.

Alles Gute, viel Erfolg bei Deinen Hochspannungsversuchen und anderen Experimenten, mögen Experimentator, Hochspannungsgeneratoren, Halbleitersender und Empfänger lange leben.

Gruß
Hans-Günter
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Re: Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 14. Jan 2016, 20:39

Lieber Hans Günter

Die allermeisten Kommentare meinerseits betreffen Deine Experimente bzw. Suche nach Lehrerbüchern.
Gib mir bitte doch Kommentare dazu.

Viele Grüße

Physikfan
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Gasentladungen

Ungelesener Beitragvon hgd » 14. Jan 2016, 22:33

Hallo Physikfan,

Kommentare kann ich nicht geben, alles was ich gepostet habe, sind die nur leicht (wenn überhaupt) gekürzten Aufzeichnungen (nur Text), die tlw. imo schon recht lang waren. Das kann ich leider nicht alles mit meinen Postings in diesem Forum vergleichen, da fehlt mir die Zeit dazu, das Delta akribisch heraus zu suchen.

Literatur

Da nannte ich das Buch über die Hochspannungstechnik und was ich bei mir aus der Volltextrecherche finde ...

Das große Hochspannungs- und Hochfrequenz-Experimentier-Handbuch
Franzis Experimente
Jochen Kronjäger, Karl Kehrle, Günter Wahl, Harald Chmela

Lehrbuch der Physik Mittelstufe Ausgabe A [Gebundene Ausgabe]
Oskar Höfling (Autor)
Gebundene Ausgabe
Verlag: Dümmlers Verlag (1957)

Oskar Höfling (Autor)
Lehrbuch der Physik. Oberstufe Ausgabe A [unbekannter Einband]
Unbekannter Einband: 736 Seiten
Verlag: Dümmler; Auflage: 2. Aufl. (1956)

Hochspannungstechnik
Grundlagen - Technologie - Anwendungen

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

Lesch, Guntram und Eberhard Baumann
Lehrbuch der Hochspannungstechnik

Berlin u.a., Springer Verlag, 1959.
Bemerkungen: 8°, XII, 444 Seiten mit 542 Abbildungen, Oleinen mit Oumschlag und Klarsichtumschlag - guter Zustand - 1959. b66885
EUR 57,90

Hochspannungstechnik
Andreas Küchler

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

Hochspannungstechnik - Praktikum 1 II. Ausgabe Lehrbrief für das Fernstudium von Obenaus, Fritz, Walter Woboditsch und Heinz Böhm;
Hochspannungstechnik - Praktikum 1 II. Ausgabe
Autor(en) Obenaus, Fritz, Walter Woboditsch und Heinz Böhm;
Verlag / Erscheinungsjahr Berlin, VEB Verlag Technik, 1956.
Format / Abbildungen / Einbandart 23 cm, kartoniert 71 Seiten ,
Sprache Deutsch
Gewicht ca. 250 g
Bestell-Nr. 30137

Hochspannungstechnik
Andreas Küchler
2009, VDI Springer

Ich habe jetzt alles auch durchgescollt, mehr ist da nicht. Die meisten Anregungen erhielt ich durch mehrfache Recherche im Internet und durch Suche auf ebay und durch Suche auf booklooker.

Mehr habe ich nicht, ohne, wie bereits gesagt, all das zu wiederholen, was ich auf Experimentierkasten gepostet habe.

Bei der Suche jenseits meiner Literaturangaben wünsche ich Erfolg. Imho gibt es da viel mehr noch, als ich für mich herausgesucht habe. Es gibt zuviel. Man muss sich direkt zu beginn beschränken, sonst verwaltet man sich tot.

In diesem Sinne
Erfolg bei Suche und Lektüre meiner Quellen, und ...
viel Freude beim eigenen Experimentieren.

btw:

Die Gerätschaften fand ich alle auf ebay stichworte PHYWE und die anderen Leybold und die älteren Unternehmen in der DDR. Und im Haushalt.

Gruß
Hans-Günter
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