Stresstest mit Weichnachtsbaumschmuck

[hgd]

24.10.2013

Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (I)

Hallo Liste,

Kürzlich hatte ich die Anregung gepostet, sich mit Weihnachtsbaum-Schmuck für elektrostatische Versuche auszustatten, genauer für die erweiterte Ausstattung des eigenen Aufbaus mit Kugelkondensatoren und Kugelfunkentrecken und weiteren Einsatzteilen.

Einkauf

Heute kaufte ich in einem Kaufhaus Christbaumschmuck unter elektrostatischen Gesichtspunkten ein ...

* eine Perlenkette mit glänzenden Perlen aufgereiht auf einer silbrig glänzenden, 5 Meter langen "Kordel"
* ein gewundenes Gewürm, mit silbrig glänzender Oberfläche
* eine transparente Plastikkugel (eine Hälfte klar, die andere Helfte rot, gefüllt mit Styropor-Kügelchen)
* ein 6er-Satz mit Kugeln mit metallischer Oberfläche (3 glänzend, 3 matt)

Kugel und Gewürm hängen an üblichen Hängern, die sich im Innern aufspreizen und so das Objekt locker halten und über den oberen Bogen im Halter aufgehängt werden können.

Große Enttäuschung

Die Überprüfung mit dem Ohmmeter zuhause ergibt ...
keine Leitfähigkeit messbar außer den Perlen (4 Ohm) auf der Kordel und der silbrigen Kordel, mit dem das Preisschild mit Bar-Code angebunden ist.

Somit hatte ich mich massiv getäuscht. Aber es gibt ja die Plastikkugel mit Innenleben, da wird mir schon etwas einfallen.

Stresstest

Und mit dem unnützen Schrott, den ich nicht brauche, den werde ich einem "Stresstest" ohne jegliche Rücksichtnahme unterziehen.

Stresstest - silbrige Kordel

Der Aufbau ist wie üblich: vom 18-kV-Ausgang des PHYWE 2...18 kV Netzteils führt ein Kabel zum ersten Kugelkondensator, zwischen ihm und dem zweiten Kugelkondensator ist der 2-Gigaohm-Widerstand eingehängt. Von dort geht es weiter zum Elektrometer, an dessen Anschluss auch als erstes Opfer die abgeschnittene silbrige Kordel von einem Preisschild angeklemmt wurde.

Berühre die silbrige Kordel mit dem Erdkabel von unten. Ab ca. 5 kV fängt sie bereits ohne Annäherung des Erdkabels an zu zittern und bewegt (beugt) sich auf den Bananenstecker am Ende dieses Kabels zu, es folgen Überschläge mit Lichtbögen, die Berührung Kordel mit Bananenstecker und sofort darauf die Abstossung der silbrigen Kordel. Und es geht weiter, immer im Wechsel bleibend. Bereits mit einer einfachen leitfähigen Kordel lässt sich also elektrisches Ping-Pong spielen.

Neuer Galgen

Für (genauere) Ping-Pong-Pendelversuche habe ich mir einen Galgen gebaut: zwei Tonnenfüsse, zwei senkrechte PVC-Rohre, oben quer ein U-Profil aus PVC aufgesetzt mit mehreren 4-mm-Bohrungen, durch die Kordeln, Drähte und Drahtkonstruktionen hindurch passen, um an ihnen verschiedene Objekte aufzuhängen.

Stresstest - Das Gewürm

Dieses Teil sieht schon deutlich technischer aus, wie die Blitzröhre eines Rubinlasers. Ich bleibe bei der Bezeichnung "Das Gewürm" und hänge dieses am neu gebauten Galgen auf (Befestiung für Xmas-Baum oben, stumpfe Spitzes des "Gewürms" nach unten zeigend.

Bereits unterhalb von 5 kV geht ein leichtes Zittern durch den Wurm. Und er lenkt an seiner Spitze ein wenig aus. Bei inzwischen 18 kV dauert es lange, bis die anfänglichen Schwingungen zur Ruhe kommen.

Jetzt nehme ich den schwarzen Stecker am Ende vom Erdkabel und nähere mich der Spitze an. Ab 10 mm Zirpen, dann ab ca. 6 mm kräftige (laute und helle) Überschläge in die stumpfe Wurmspitze.

Überschläge in die Oberfläche des gewundenen Teils sind noch viel spektakulärer: Kaum setzt bei ca. 12 mm das Zirpen ein, bruzzelt es auch schon laut, und kurz danach treten kurze, laute, helle, periodische Überschläge (mit Strukturen im Lichtbogen) über einen Schlagweite von 12 mm auf.

Sehr eindrucksvoll und Interessant, dass bei großen Radien viel mehr passiert, als an der unteren stumpfen Spitze. Bei großen Radien tritt Koronaentladung eben viel später auf, an Spitzen (bei kleinen Radien). Die hat bereits lange zuvor begonnen.

Nun gehe ich ins andere Extrem und wähle als Erdelektrode die spitze Spitze einer Funkenstrecke. Bereits mehr als 40 mm setzt das Zirpen der Koronaentladung ein und bewirkt einen Spannungsabfall am Elektrometer. Ab 12 mm stellen sich Lichtbögen ein, wenn sich die spitze Spitze genau unterhalb der stumpfen Spitze vom "Gewürm" befindet.

Je größer die Radien der beiden sich gegenüber stehenden Elektroden, um so mehr rutschen die Orte (Grenzradien) der verschiedenen Effekte (bei Annäherung von außen) zusammen, sodass es schwierig wird, eine Koronaentladung zu beobachten, ohne dass bereits gleichzeitig die unmittelbare Vorstufe eine Überschlags mit Lichtbogen beginnt.

Die Spitze wird jetzt entlang des oberen, gewundenen Teils des "Gewürms" geführt. Aber das ist kaum spektakulärer. Durch lokale Koronaentladung (Spitzenentladung) geht zu viel der gespeicherten Ladung verloren, bervor es zu Überschlägen kommt. Bei einem stumpfen Bananenstecker ist die Spitzenentladung viel geringer, darum knallt es, wenn es denn knallt, viel knalliger.

Erdungskugel

Daraus ergibt sich: nicht nur mit der Spitzen-Elektrode Überschläge erzeugen, auch mit ebener Platte, bzw. mit einer Kugelelektrode mittleren bis größeren Durchmessers. Es gibt Tabellen, wo aus Abstand und Kugelradius die Überschlagsspannung abgeleitet werden kann (Ersatz fürs Messen).

Und daher setzte ich den Versuch fort mit Überschlägen zur geerdeten Kugelelektrode mit Durchmesser von 6 cm (genauer: 56 mm). Ich lasse die Funken (Lichtbögen) zwischen der Kugel und dem stumpfesten Teil des "Gewürms" überspringen

Es stellt sich dabei die Vermutung ein, es erfolgten Durchschläge aus dem Inneren der gewundenen Röhre heraus auf ihre Aussenseite, also durchs Glas bzw. durch Trägermaterial nach außen, da die Aussenfläche sich ja als nicht leitend erwiesen hatte.

Ab 10 mm lassen sich jetzt kräftige Überschläge zwischen Erdungskugel (geerderter Kugelelektrode) und der unteren stumpfen Spitze des "Gewürms" beobachten.

Ich führe die Erdungskugel nun entlang der Seiten des "Probanden" nach oben: kräftige, helle und laute Überschläge ab 8 mm. Das "Gewürm" lenkt dabei start seitlich aus, wird von der Erdungskugel angezogen, beide bilden zusammen bilden ja einen Kondensator (wenn auch etwas exotischen). Dadurch dürfte die Kapazität zugenommen haben und mehr Ladung für den Lichtbogen zur Verfügung stehen (?).

Sonnenbrille

Seit einem Tag verfüge ich über eine Sonnenbriller mit Gläsern, welche vollständig UV-Strahlung (UV A, UV B) und zu 85% Blau unterdrücken. Ist das auch zweifelsfrei gesund für meine Augen, einige der Experimente haben ja Einfluss auf Umwelt und Gesundheit, so bin ich nach der Durchführung der Experimente mit der Neuen enttäuscht:

Sahen die Funken und Lichtbögen immer schön hell, weiß und blau aus, so sind sie nun mit der Sonnenbrille schwach und gelblich. Also setze ich die Brille doch wieder (gelegentlich) ab ... Eigentlich müsste ich auch mein Gesicht und die Hände mit [b]Schutzfaktor 20x einschmieren[/b], habe auf einmal das Gefühl von gespannter Haut, auch die Nase hat sich gerötet, aber ich mag nicht mit pappigen Händen schreiben und experimentieren . Aber jedenfalls kann ich noch ungetrübt die akustischen Effekte geniessen, zumindest bei 18 kV und 564 pF.

Bei der Gelegenheit darf ich daran erinnern, dass moderen Lehrmittel verbunden sind mit der Warunung, bei Glimmentladungen (manchmal auch Hochvakuumröhren) nicht über 5 kV hinaus zu gehen. Bei solchen Spannungen kann bzw. entsteht Röntgenstrahlungen.

Wir erzeugen ja (demnächst wohl) mit Influenzmaschine und Bandgenerator Spannungen, die von 100 kV bis 250 kV (oder mehr) gehen. Auf youTube gibt es auch Marx-Generatoren bis 1 MV. Das sollte man im Auge behalten. Hier wäre imo auch externer Sachverstand aus dem Kreis der "verantwortlichen Experimentatoren" bzw. Lehrer sinnvoll ... Wer also Pädagogen der Physik kennt, könnte die ja bitte mal anzapfen, wie wir uns als Experimentatoren schützen können und sollten.

Aus den USA wurden in Blitzlabors in der freien Natur (induzierte natürlich Blitze, Rakete die dünnen Draht hinter sich her zieht und die in Gewitterwolken geschossen werden, bei den erhofften Blitzeinschlägen nicht nur Röntgenstrahlung sondern sogar Gammastrahlung entsteht. War mal im Fernsehen.

Ich spiele noch ein paar Runden elektrisches Ping-Pong. Dann ist der Versuch mit diesem Objekt beendet.

Untersuchung mit Lupe und Fingernagel

Im Hellen am nächsten Tag stelle ich fest, dass sich auf der Oberfläche des "Gewürms" kleine Löcher befinden, also hat das Experiment gestern bleibende Spuren auf dem Teil hinterlassen. Auch eine größere dunkle Fläche fällt auf. Das schaue ich mir genauer an, mit Lupe, Fingernagel und ...

Die kleinen "Löcher" erweisen sich als irregular, als ob hier kleine Stückchen aus der Oberfläche abgeplatz wären. Mit dem bei allen von uns hochsensiblen Fingernagel, mich "gruselts" und schüttelt bei der Vorstellung, diesen senkrecht über eine raue Oberfläche zu ziehen. Diese Sensibilität wird in einigen Unternehmen durch Vergleich zwischen genormten und produzierten Oberflächen zur Qualitätssicherung benutzt. Auf der Oberfläche des "Gewürms" fahnde ich aber auch feinsten Abstufungen, die mir der Lupeneindruck nahelegt. Und finde diesen bestätigt. Also ist hier etwas auf der Außenfläche passiert, der Stress ist real, nicht virtuell eingebildet.

An die Stelle mit dem dunklen Fleck (Dm. ca. 8 mm) hatte ich gestern längere Zeit die Erdungskugel gehalten. Und der "dunkle Fleck" ist kein solcher sondern ein Fenster, durch das ich ins Innere des Teils hineinschaue. Die "Metallisierung" lässt kein Licht durch, daher rührt die Dunkelheit.

Unter der Lupe sehe ich zudem konzentrische Wälle (wie in der Wallebene Orientalis auf dem Mond). Handelt es sich hier um Aufschmelzungen? Kleinere Details erinnern an winzige Bläschen. Und im extremen Gegenlicht erkenne ich kurze Schlagschatten, wo die senkrechten Wände dieser "Wälle" in die horizontale Oberfläche übergehen.

Durch dieses intensive Hin- und Her hat sich oben die eingeklebte Halterung gelöst, und ich halte das "Gewürm" erstmals wieder in der eigenen Hand. Wo der außere kronenartige Rand der Halterung die Oberfläche berührt, zeigen sich auch "Löcher" bzw. "Abplatzungen". Da ist offenbar auch ein (erster) Lichtbogen übergegangen, denn die Halterung war mit +18 kV verbunden. Beim führen einer Messspitze über die vermeintliche Stufe empfinde ich in den Fingern, welche die Messspitze halten, eine kurze äußerst subtile Empfindung. Die "Abplatzungen" sind also wirklich real.

Untersuchung mit dem Ohmmeter

Mit dem Ohmmeter versuche ich die Leitfähigkeit innen im "Gewürm" zu messen, aber messe ich selbst im höchsten Widerstandsbereichs keine Leitfähigkeit. Daraus folgt, die leitfähige Schicht muss sich irgendwie irgendwo "aussen" befinden.

Aufbau (Vermutung)

Alle Fakten zusammen ergeben folgendes Bild: das Xmas-Baum-Gehänge entstand in einer Glasbläserei (wie normale Weichnachtsbaumkugeln auch). Es wurde metallisiert mit einem chemischen Verfahren (hatten wir im Chemieunterricht mal gemacht, so werden auch Spiegel hergestellt). Und zum Schutz vor Verschmutzung wurde die Außenseite mit einem Schutzlack überzogen.

Wikipedia

Auf Wikipedia lesen wir bei Weichnachtsbaumschmuck bein den Kugeln, dass die Verspiegelung ab 1870 mit Silbernitrat erfolgt, das auch bei der Herstellung von Spiegeln eingesetzt wird. Justus von Liebig gelang damals, "Glaskörper mit einer Silberlösung zu beschichten und zum Glänzen zu bringen". Es handelt sich um das in Wasser leicht lösbare Silbernitrat. Bei "Erhitzen auf etwa 440 °C erfolgt Zersetzung unter Abscheidung von metallischem Silber und Abgabe nitroser Gase."

OK, damit alles klar.

Entstehung von Abplatzungen und Wallebene

An der Halterung oben entsteht ein erster Überschlag / Durchschlag durch die Schutzschicht zur Silberschicht. Diese leitete den Strom bis zu den Stellen, wo außen die Elektroden (geerdete Bananenstecker, Spitzen, Erdungskugel) sich nähern. Dort erfolgt von der Silberschicht ein Durchschlag durch den Schutzlack hindurch und dann der Überschlag (ein Durchschlag durch Dielektrikum "Luft") in die geerdete Elektrode.

Die sehr dünne Silberschicht ist diesem Stress nicht gewachsen und platzt ab (und trägt Huckepack auch Teile der Schutzlackierung von dannen). Die thermische Belastung durch permanente Überschläge zur Erdungskugel führt im Bereich des Fensters (dem großen "dunklen Loch") nicht nur zum Abplatzen, sondern weiter nach außen, wo die Silberschicht intakt bleibt, zum Aufschmelzen der Schutzlackschicht. Thermisch bedinkte Luftströmungen oder auch elektrostatische bzw. -dynamische Kräfte (der Elektronenwind ?) blasen bzw. schieben die verflüssigte Lackschicht in Wellen nach außen, wo sie erkaltet und wieder erstarrt.

Die Leitfähigkeit müsste doch zu messen sein !

Wenn es diese Abstufungen gibt, wo die Silberschicht abgeplatz ist, müsste man doch die Stirnfläche der Silberschicht, ihre Querschnittsfläche anzapfen und zwischen zwei Stellen die Leitfähigkeit messen können. Der Leiter ist doch Silber ! Allerdings, die Stufen müssen kleiner, müssen viel dünner sein als 0,1 mm.

Ich kratze, schiebe und drücke, aber das Ohmmeter im DMM mit digitaler Anzeige zeigt keinen Mucks, es ist dafür ungeeignet. Geht das also nicht? Ich mache jetzt schon so lange mit dem "Gewürm" herum, dass ich mich noch nicht von diesem trennen kann. Vielleicht gelingt es ja nicht, den zeitweise immer erzielten Kontakt, gleichzeitig an zwei Stellen so lange gleichzeitig bestehen zu lassen, dass das DMM seinen Messalgorithmus durchnudeln kann.

Da kommt mir ein Idee: Die Messspitzen sind das Problem. In der Medizin werden am menschlichen Objekt doch gelegentlich feuchte Elektroden befestigt, das mache ich jetzt auch.

"Flüssige" Messspitzen

Ich nehme einen Becher, streue 1/8 Teelöffel Salz (NaCl) hinein, Wasser dazu und zweimal umgerührt, nicht schütteln. Dann lege ich zwei Streifen Küchenkrepp hinein. Die heraus gefischten mit Sole getränkten Papierstreifen sind meine flüssigen Messspitzen.

Eine solche Feucht-Elektrode lege ich auf die untere stumpfe tlw. abgeplatzte Spitze, die andere kommt auf das "Fenster". Alle Abplatzungen, Löcher und das Fenster sind nun bestens als dunkle Stellen unter dem feuchten Krepppapier zu erkennen (Totalreflexion !). Beide Kontakstellen liegen auf trockener Unterlage aus Keramik. Die Oberfläche des Gewürms ist peinlichst genau getrocknet worden. Ich drücke die festen Messspitzen gegen ihre flüssigen Teammitglieder vorsichtig so ein, dass meine Finger(spitzen) weder mit den Kontaktstellen noch anderen Bereichen des Probanden in Berührung kommen, manchmal muss man auch im 9-Volt-Bereich vorsichtig sein

Und starre gespannt auf die Digitalanzeige des Ohmmeters. Diese zeigt wie bisher das Symbol für Unendlich. Da! Auf einmal bewegt sich was, Ziffern, Zahlen tauchen auf: ... 18 MOhm, 17 MOhm, schließlich 15 Megaohm. Hurra, voller Erfolg. Mir geht es richtig gut. Hat ja auch lange genug gedauert.

Investiton in Weihnachtsbaumkugeln

Aus der Geometrie (Abstand der Messstellen, Umfang des "Gewürms"), dem spezifischen Widerstand von Silber (Ag) und dem gemessenen Widerstand könnte man (aber nicht heute Nacht) die Dicke der Silberschicht bestimmen. Und das könnte ja wichtig werden ...

Vielleicht muss jemand mal einen Silber-Widerstand für 15 MOhm zusammenbauen oder bei den niedrigen Zinsen in Weihnachtsbaumkugeln investieren ...

Gruss
Hans-Günter

[hgd]

26.10.2013
Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (2)

Hallo Liste,

in "Weihnachten (1)" hatte ich das "Gewürm" einem Stresstest unterzogen und am Ende den Widerstand der chemisch bei der Herstellung abgeschiedenen Silberschicht auf der Außenseite gemessen. Noch nicht erledigt ist die Aufgaben, aus den Geometriedaten und den Messergebnissen vom "Gewürm" die Dicke der abgeschiedenen Silberschicht zu bestimmen. Eine solche Gelegenheit ergibt sich selten, daher kann ich dieser Idee nicht widerstellen.

Die "stumpfe Spitze" und das "Fenster" liegen 116 mm auseinander. Das gewundene Rohr des "Gewürms" ist beinahe oval, mit einem Durchmesser zwischen 9,3 mm und 10,5 mm. Der Mittelwert des Durchmessers ist 9,9 mm. Der Umfang des Rohrs daher (Umfang = 2 pi r) 31,1 mm. Die Querschnittsfläche des Widerstands zwischen den beiden Kontaktstellen (der erhöhte Widerstand der Kontaktstellen und der ihnen naheliegenden Übergangszonen vernachlässigt) ist ein Rechteck der Breite des Umfangs (31,1 mm) und der Dicke x. Die Dicke x ist unbekannt und soll berechnet werden.

Die Formel für einen Widerstand lautet:

Länge x spez. Widerstand
R = ------------------------- =
Querschnittsfläche

Länge x spez. Widerstand
= -------------------------
Umfang x Dicke

Der spezifische Widerstand von Silber ist ...

0,015 x 10^-6 x Ohm x Meter

Den Widerstand zwischen beiden Kontaktstellen hatte ich zu 15 MOhm gemessen.

Umstellung der Formel ...

Länge x spez. Widerstand
Dicke = --------------------------
Umfang x R


Bei mir ergibt sich daraus eine Dicke von 3,7 nm. Würden Übergangswiderstände berücksichtigt, läge die Dicke bei > 3,7 nm. Dieser Grenzwert erscheint mir aber immer noch um einen Faktor von mindestens 50 zu klein. Vielleicht wurde statt Silber Aluminium verwendet, dann lautete die Abschätzung auf Dicke bei > 8 nm. Vielleicht wurde auch eine Legierung aus Zinn und Blei verwendet. Mit Blei ergäbe sich eine Dicke von ~13 nm.

Ich finde auch [b]keine typischen Werte[/b] für die Beschichtung von Weihnachtskugeln (Material und Schichtdicke), so auch keine für normale Spiegel.

Vielleicht könnte mir hier jemand weiterhelfen. Weiteren Aufwand ins Messen mit feuchten Elektroden möchte ich jedenfalls nicht aufwenden.

tia
Gruß
Hans-Günter

[hgd]

28.10.2013
Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (3)
Lamettabüschel, Lamettastreifen, Selbstaufladung

Hallo Liste,

Vorgeschichte

Auf der Suche nach einer Kette für Abflussstöpsel (ohne Stöpsel, aber für HV-Versuche) gerate ich in die Garten-Abteilung eines Baumarktes mit Weihnachts-Abteilung (mit vielen Weihnachtsbaumkugeln). Systematisch scanne ich jeden Quadratdezimeter in der "Kleinteile"-Ecke und sehe auf einmal Lametta. Sofort ereignete sich ein mV-Impuls im eigenen "Bio-Rechner" (Groß-Klein-Schreibung beachten !) ...

Lametta, leicht, schmal, lange metallisierte (vielleicht Alu-) Streifen

Sofort wandert ein Bund Lametta für 0,95 EUR ins Einkaufskörbchen. Und ich kann es kaum erwarten, damit elektrostatische Versuche am Abend zu beginnen.

Hinweis

Der Text ist extrem lang, wie es auch die Versuchsreihe vorletzte Nacht war. Ich drucke solche Postings zum Lesen aus. Besser noch, diese Speichern, dann kann man nach Schlüsselwörtern suchen. Bei mir wurden die folgenden gesetzt (da sind auch absichtlich mögliche Schreibfehler drinnen) ...

(Hochspannung, Hochspannungsversuche, Versuche, Experimente, Elektrostatik, Struwelpeter, Struwwelpeter, Alu-Struwwelpeter, Lametta, Lamettastreifen, Lametta-Streifen, Metallisierung, metallisierten Folienstreifen, Kom(m)ödchen, Kommödchen, Glühwürmchen, Weihnachtsbaum, Spannungsprüfer, Koronaentladung, Lichtbogen, Klaus Lage)

Schlaffer Pipo oder Lametta-Queen ?

Mit Alu-Streifen (ich unterstelle bei Niederschrift, dass die Metallisierung mit Aluminium erfolgte) lassen sich bestimmt gute Elektroskope bauen. Statt aber klein mit grundlegenden, einfachen Versuchen zu beginnen, gehe sofort aufs Ganze.

In Ermangelung von Frauen mit langem Haar in meinem Bekanntenkreis, die bereit sind, sich auf 18 kV oder 100 kV oder 250 kV aufladen zu lassen (im Internet gibt es schöne Bilder von attraktiven jungen Damen mit elektrostatisch gestützter Struwwelpeter-Frisur), kommt der Lamettabund wie gerufen. Der soll nun "den Struwwelpeter geben". Vielleicht ist der erhoffte spektakuläre Versuch statt mit einem länglichen Komplex aus Proteinketten ja auch mit metallisierten Folienstreifen aus Kunststoff möglich.

Und ein "fantastischer" Versuchsaufbau direkt zu Beginn dieses Berichtes ist sicherlich auch bei einem Misserfolg reizvoller, als ein schlaff am Galgen hängender, einzelner Lamettastreifen, der den "Aufschwung" nicht schafft, wie seinerseits im Düsseldorfer Kom(m)ödchen der mit Ohrpiercing ("Knopf im Ohr") versehene Affe "Pipo" zu Zeiten der MiFriFi von Karl Schiller.

Zunächst möchte ich auf zwei passende Artikel der Wikipedia, passend zur Betreffzeile hinweisen ...

Struwwelpeter (Wikipedia)

Aus Wikipedia:
"An den Händen beiden ließ er sich nicht schneiden, seine Nägel fast ein Jahr. Kämmen ließ er nicht sein Haar."
http://de.wikipedia.org/wiki/Struwelpeter#Struwwelpeter

Es ist klar, dass sein Erscheinungsbild nicht auf kurzzeitige Aufladung auf 18 kV zurück geht, sondern auf unzureichenden Einsatz von Haarpflegemitteln.

Lametta (Wikipedia)

Aus Wikipedia:
"Lametta (Verkleinerungsform von italienisch lama „Metallblatt“) ... Als Grundstoff wird traditionell Stanniol verwendet, das geschmolzen, gegossen, gewalzt und in sehr schmale Streifen geschnitten wird. Die Bezeichnung Stanniollametta geht auf die lateinische Bezeichnung stannum für Zinn"
http://de.wikipedia.org/wiki/Lametta

Dieses "lama" ist für mich bereits die dritte Variante (nach "lama" aus Tibet und "lama" aus Südamerika). Merken werde ich es mir mittels "laminare Strömung", weil das, wenn schon nicht elektrisch, so doch zumindest physikalisch ist.

Versuchsaufbau

Auf einen Tonnenfuss mit eingestecktem PVC-Rohr setze ich ein längers PVC-Rohr mit größerem Durchmesser locker auf. Sein oberes Ende ragt bis auf 85 cm empor. Die Lametta-Folenstreifen sind 50 cm lang. Damit muss ich einen Aufstellungsort wählen, bei dem mindesten ein kugelförmiger Raum mit einem Durchmesser von >= 120 cm frei von Hindernissen aller Art ist, nur Luft ist zugelassen.

Der Bund mit dem Lametta ist zwar unterhalb des Kartonaufhängers in schmale Lamettafäden aufgeschnitten, hängt aber im Karton verborgen, oberhalb einer Perforation zusammen. Diese zusammenhängende Fläche erleichtert die Anbringen am oberen Ende des PVC-Rohrs ungemein. Dort oben wickele ich den Bund mehrmals um das Rohr herum, nachdem ich einen Drahtbügel zurechtgebogen und oben eingesteckt habe. Die Oberfläche des Folienflächenwickels mit dem Drahtbügel darunter wird von einem Drahtring zusammen und am PVC-Rohr gehalten, die Enden es Rings werden mehrfach mit einer Kombizange verzwirbelt, damit das alles oben hängen bleibt (dies mit Tesafilm zu erreichen war ... es klappte nicht, und die Folie ist so dünn und verletztlich, dass man Klebestreifen nicht mehr ohne Beschädigungen abziehen kann).

Es fehlt die Verbindung. Hierzu zog ich einen Draht (ein Stück länger als die Länge der Folienstreifen) im Amboss fest eingespannt mit der Kombizange stramm und damit gerade und steif (Vorsicht! Wenn der Draht aus dem Amboss entweicht und man noch dran hängt, sind die Folgen u. U. gravierender als eine Berührung mit 18 kV. Das ist unbedingt zu vermeiden, schließlich machen wir ja Elektrostatik, und keine Mechanik (Dynamik)).

Dieser gerade, lange Draht bekommt oben einen Haken zum Einhängen oben ins PVC-Rohr und unten eine Öse (zur Vermeidung von Spitzenentladung) zum Anschliessen der +18 kV, welche über zwei Kugelkondensatoren, zwischengeschaltetem 2-Gigaohm-Widerstand und parallel geschaltetem Elektrometer vom Netzteil zum langen, aufrecht stehenden PVC-Rohr geführt wird (konventioneller Versuchsaufbau, wiederholt für Leser, die erst hier einsteigen).

Der elektrostatische Struwwelpeter

Zunächst hängt der Lamettaschopf schlaff herunter, dicht am PVC-Rohr liegend, aber nicht klebend, herab. Bei 5 kV heben sich sechs der äußeren Lamettastreifen an und "stehen" jetzt straff gespannt und steif ca. 30° von der Vertikalen ab. Wie auf Kommando erhöht sich dieser Windel synchron mit Erhöhung der Spannung am Netzgerät. Allein dieser Anblick (egal was noch oder nicht passiert) entschädigt für ein klein wenig Mühe und die 0,95 € im Baumarkt.

So langsam kommt jetzt Leben in den Alu-Struwwelpeter: die "Steifheit" verliert sich ein wenig, ohne erkennbaren Windzug heben und senken sich die äußeren Lamettastreifen und wandern ein wenig umher. Überall ist Ping-Pong: bewegt sich ein Lamettastreifen empor, sacken seine Nachbarn ein wenig ab. Es ist, also ob alles im Schopf versucht, durch individuelle Einzelversuche ein stabiles Energieminimum fürs Kollektiv zu finden und einzunehmen. Alleine daran erfreue ich mich über zehn Minuten lang.

Jetzt (nochmals die Spannung erhöht) beteiligen sich ca. zehn Lamettastreifen an dem Spiel. Die Mehrzahl der Streifen allerdings hängen scheinbar unbeteiligt am PVC anliegend herab. Scheinbar, denn das Elektrometer zeigt nur eine sehr geringe Spannung an. Wohin entweicht denn die Ladung? Sie muss die alle Lamettastreifen an deren dünnen und damit scharfkantigen Seiten und vor allem an deren genauso scharfen Enden verlassen (Sprühentladung, Koronaentladen).

Bei der 18-kV-Stellung des Spannungsreglers am Netzteil bewegt sich der Zeiger des Elektrometers immer noch nicht weiter, jedenfalls alles andere als auf der üblichen "18-kV-Marke".

Die am höchsten sich erhebenden Lamettastreifen sind nur noch 20° von der Horizontalen entfernt. Ob das daran liegt, dass mehr als 0° (die Horizontale) nicht möglich sind, weil sich dann einige Lamettastreifen wieder einander (oben herum) annähern würden, während sie sich doch eigentlich alle gegenseitig aus dem Weg gehen würden? Bei einem Elektroskop mit zwei Folien jedensfalls ist das so.

Annäherungen

Bisher hatte ich mich zurückgehalten und gezwungen, alles nach einander auszuführen und beim Beobachten und Dokumentieren nichts zu überstürzen, vergessen oder später unleserlich niederzuschreiben. Ich versuche vorsichtige Annäherungen. Mit dem eigenen Finger? Nein, zunächst mit der geerdeten Kugelelektrode (an Minus 18 kV bzw. Erde des Netzgerätes).

Die Lamettastreifen mögen die geerdete Kugelelektrode (Dm. 56 mm), sie lassen sich anziehen und ich höre ein feines, farbiges, hohes Rauschen, schon eher wie ein leises Pfeifen. Man muss das gehört habe. Das ist wirklich (bisher) einmalig und ein weiterer Grund, genau diesen Versuch durchzuführen. Ich bleibe beim Ausdruck Zirpen, das Zirpen der Koronaentladung, der Spitzenentladung, die ich ja oben aufgrund der Geometrie der Lamettastreifen und des Verhaltens des Elektrometers vermutet hatte. Jetzt höre ich es!

Und noch etwas Hörbares trifft mich, sogar absolut unerwartet. Die hohe Tonhöhe dieses Zirpens ist nicht konstant, sie variiert mit der Entfernung zwischen Lamettastreifenende und der Oberfläche der geerdeten Kugelelektrode. Das ist ein richtiger Chirp: hohe Frequenz bei großer Entferung mit abfallender "Ton"höhe bei Annäherung. Ursache? Das muss mit der hierbei größeren Belastung der Spannungsquelle zu tun haben, die beim Aufladen des Lamettastreifenzopfes mit größerem Entladestrom länger Zeit benötigt, bis sich wieder ausreichend hohe Spannung für die Koronaentladung einstellt. Ich kann das aber nicht weiter untersuchen. Und, ich sehe absolut nichts, nur höre ich dieses hohe leicht "musikalische" Pfeifen bzw. Zirpen, mit dem charakteristischen Chirp.

Ab 2 mm Entferung kommt es zu Überschlägen, also zu kurzzeitigen Lichtbögen (Funken). Und die sind wie üblich laut und hell. Und jetzt bin ich froh, nicht sofort (zuerst) meinen Fingern an die fliegenden Lamettastreifen gehalten zu haben.

Das Elektrometer zeigt inzwischen doch etwas an, ca. 6 kV. Vielleicht liegt das an der Haftreibung im Lager seines Zeigers. Und es sinkt bei Überschlägen zwischen Kugel und Lametta ein wenig ab.

Entferne ich die Kugelelektrode, gehen "alle Arme" hoch, bei Annäherung hängen sie wieder schlaf am PVC-Rohr herab. Das alles spricht für die größere Stromstärke bei Annäherung, denn nicht zu vergessen, im Strompfad befindet sich ja der 2-Gohm-Widerstand, an dem proportional zu Stromstärke ein Spannungsabfall stattfindet. Und ändern möchte ich daran (vorläufig) nichts. Ich habe ja die anderen Hochspannungswiderständer meiner Sammlung noch nie eingesetzt gehabt. Das muss und kann aber warten. Jetzt ist und bleibt der Struwwelpeter an der Reihe.

Riesen-Elektroskop mit kleinen Fünkchen

Bei der Annäherung findet auch wieder Ping-Pong statt: Annäherung, Funken (Überschlag), ganz kurz Kontakt und husch, die Abstossung zurück. Ist wirklich schwierig, hier dauerhaft zusammen zu bleiben.

Als schließlich 1 Lamettastreifen auf der Kugelelektrode kleben bleibt, lassen alle anderen Streifen "die Arme" herabsinken. Nun kann ich den klebenden Lamettastreifen auch weit oberhalb des oberen Endes vom PVC-Rohr heben. Und dann sehe ich entlang des klebenden Teils des Lamettastreifens viele kleine Fünkchen.

Der Zeiger des Elektrometers steht inzwischen bei 8 kV. Keine Ahnung woran das liegt. Nimmt vielleicht die Entladung über die Spitzen der Lamettastreifen ab? Mal sehen (später eine Vermutung).

Dummer Spruch

Meine Herren (ein alter Spruch) .. Meine Herren, wie Sie sehen, sehen Sie nichts. Warum Sie nichts sehen, sehen Sie später (Feuerzangenbowle ?).

Tanz der Lamettastreifen

Diese Versuche weisen ein großes Gefahrenpotenzial auf, sie sind gefährlichr als alles, was ich im letzten halben Jahr gemacht habe. Bisher passte alles auf den kleinen Campingtisch. Alles war bis auf die Kugelkondensatoren, Widerstände und Elektroden isoliert. Aber jetzt, ist fast nichts mehr isoliert.

Konzentriere ich mich wie eben auf 1 Faden, laufe ich Gefahr, die anderen zu vergessen, die sich heben und senken und immer noch herum schweben, sich berühren, verknoten usw. Alles ist beweglich, und Vieles davon wedelt und winkt in der Gegend herum.

Inzwischen gelingen auch "Streifen-Funken" von fast 10 mm Länge, während einzelne Lamettastreifen über die Kugeloberfläche tanzen. Die Streifen reflektieren zudem wie kleine aber sehr lange Spiegel das Licht und reflektieren auch das Bild und das Licht der (und von) den anderen Lamettastreifen. Dies ist ein Unterschied zur herrlichen Tanzszene im Spiegelsaal eines Schlosses in den Karpaten ...

"fast 10 mm Länge". Solche langen Funken hatte ich bisher noch nicht erzeugen können. Noch denke ich mir nichts dabei, zuviel ist neu und notierenswert.

Und dann ist es passiert: ein anderer Lamettastreifen ist unbemerkt in meinem Gesicht gelandet. "Und es hat "PATSCH" gemacht" (frei nach Klaus Lage?). Ohne Schutzwiderstand wäre das bestimmt noch heftiger gewesen.

Feuerwerk

Eben hatte ich bei den auf der Kugeloberfläche der geerdeten Kugelelektrode kleine, aber viele Fünkchen festgestellt. Die will ich mir nun genauer ansehen, im Dunkeln. Ich lösche die Deckenbeleuchtung und stelle einen Karton vor die helle Signlleuchte des Netzteils. Die Sonnenbrille wird abgesetzt und an eine sichere Stelle gelegt. In der linken Hand die Taschenlampe, rechts halte ich die geerdete Kugelelektrode. Die Taschenlampe ist extrem wichtig, um zusätzlich beobachteten Lamettastreifen auch diejendigen zu bemerken, die sich heimtükisch von der Seite und "hinten herum" nähern, um auch einmal "zubeissen" zu können.

Wiederum unterwartet und faszinierend: beim Kleben wandern, so sieht es jedenfalls aus, die winzigen und daher punktförmigen Fünkchen entlang dem klebenden Abschnitt des Lamettastreifens. Dieser Abschnitt ist ca. 30 mm lang. Und auf ihm (oder daneben oder dahinter) bewegen sich ca. 8 bis 15 Fünkchen. Das bzw. diese ändern sich, oder ihren Ort so schnell, dass ich das nicht zählen kann. Das wäre ein Einsatzfall für eine Digicam mit kurzer Belichtungszeit. Nur aus diesem kleinen Einzelaspekt könnte man schon etwas machen: messende Physik. Nur so mal als Anregung für Experimentatoren und Bastelfreunde mit besserer Ausstattung.

Glühwürmchen am Weihnachstbaum

Und noch ein weiteres Faszinosum: Nicht nur vor meiner Nasenspitze auf der Kugelelektrode, auch weiter entfernt im Lamettaschopf funkt und leuchtet und blinkt es: überall dort ereignen sich kleinere Überschläge, das sieht aus wie ein LED-Weichnachtsbaum aus dem Karton.

Aber auch (nochmals zusätzlich faszinierend) auf dem Lamettastreifen, mit dem ich gerade im Dunkeln Ping-Pong spiele zeigt sich ein kleiner Lichtbogen. Das sind bei diesem Streifen damit zwei: einen an der Spitze (wie bisher) und mitten auf dem Streifen ohne Überschlagspartner ein zweiter Lichtbogen. Warum funkt es dort, wo es eigentlich nichts zu funken gibt, wo der Leiter durchgängig ist? Das habe ich noch nie gesehen, das ist echt etwas Neues! Und im mom verstehe ich das auch nicht.

Dieser Struwwelpeter hat's echt in sich.

Verdampfung - eine interne Funkenstrecke entsteht aus dem Nichts

Diese interne Funkenstrecke ohne Ursache wird immer länger, also war meine kleine Randbeobachtung (Bemerkung von oben) also richtig und wichtig. Hätte ich mir das letzte Nacht nicht notiert, würde ich mich jetzt bei Niederschrift daran nicht mehr erinnen. Aber was ist das? Diese Funkenstrecke auf dem Lamettastreifen ist inzwischen auf 8 mm Länge angewachsen. Anfangs war dieser Lichtbogen dort nur 2 mm lang, und davor gab es ihn noch gar nicht. Da tut sich was!

Ich versuche, mir diese Stellen mit der Taschenlampe genau anzuschauen und staune. dort ist nichts mehr! Die Metallisierung fehlt. An der Stelle des Lichtbogens ist der Lamettastreifen transparent!

Die maximal 0,5 mA haben ausgereicht, vom transparenten Trägermaterial, einer Kunststofffolie, die aufgebrachte Metallisierung weg zu brennen, zu verdampfen. Und auch vorne am Ende (bzw. Anfang) des Lamettastreifens fehlt auf ca. 2 mm Länge die Metallisierung. Das erklärt viele Aspekte des zuletzt beobachteten Verhaltens des bzw. der Lamettastreifen, zum Beispiel auch des Tanzens auf der Kugeloberfläche. Je nachdem ob es zu Berührungen mit metallischen Teilen oder zu nicht-metallischen Abschnitten kommt, ob hierbei Lichtbögen entstehen oder nicht, tritt ein anderes Verhalten "in die Nacht", und dies alles ändert sich. Und überall.

Wenn an den vielen Kreuzungs- und Berührungspunkten im Lamettaschopf die Metallisierung weggebrannt wird, ändert sich jedesmal die Widerstandsmatrix des gesamten Gebildes. Alleine dadurch ist dort alles ziemlich dynamisch und der permanetnten Veränderung unterworfen.

Aber nur wenn es zu einer Berührungen mit der Kugelelektrode kommt, wenn also ein starker Entladungsstrom (Kurzschlussstrom) fliesst, ergeben sich Spannungsabfälle im Lamettaschopf, welche zu Überschlägen führen. Und nur während dieser Berührungen wird aus dem dunklen Weihnachtsbaum ein funkelnder und funkender Glühwürmchenbaum.

Ich muss jetzt lüften, es richt inzwischen deutlich "elektrisch".

Ping-Pong mit dem Plastiklineal

Mit dem Lineal lassen sich die üblichen Ping-Pong-Spiele, aber mit geruhsamer größerer Zeitkonstante durchführen: ein Lamettastreifen nähert sich dem Lineal, klebt fest, befreit sich in größer werdendenn Abschnitten vom Lineal, die befreiten Abschnitte biegen sich so weit möglich vom Lineal weg und Zittern wie bei leichtem Wind. Zuletzt ist der gesamte Streifen befreit und schnellt bzw. schwebt von dannen.

"dielektrisches" Ping-Pong mit Plastiklineal und Lamettastreifen

Ein einzelnder auf dem Tisch liegender Lamettastreifen wird am Lineal festgeklebt und zum Lamettaschopf hin bewegt. Aus diesem löst sich schließlich ein anderer einzelnder Streifen heraus, nähert sich dem linealfernen Ende des am Lineal angekebten Lamettastreifen, blitzschnell erfolgt der Kontakt der Spitzen (Enden) der beiden Streifen und sofort springen sie wieder von einander weg (ein "kiss-away") auf elektrostatisch.

Mein Lineal-Streifen wird beim "kiss-away" so schnell und beinahe gestreckt weg geschleudert, das er auf der Unterseite des Unterarms landet und dort erst mal kleben bleibt. Es dauert ca. 1 Minute, bis er sich langsam vom Arm löst und dann wieder in Richtung Lamettaschopf schwebt. Und der Vorgang geht in die, aber "identische" Wiederholung.

Bei der Berührung ist ein leises "patsch" zu hören, selbst im Dunkeln, zu sehen ist nichts.

Bei diesem "dielektrischen" Ping-Pong verharrt die Anzeige des Elektrometers bewegunglos auf der Anzeige von 8 kV. Das ist der Unterschied zum "galvanischen" Ping-Pong, wo es zu kurzzeitig heftigen Entladungsströmen kommt (Lichtbögen, Überschlägen, Funken).

Ein "heroischer Selbstversuch"

Langsam werde ich mutiger. Ich halte einen Spannungsprüfer an einen schwebenden Lamettastreifen und spüre nichts. Kein Wunder, das Ende vom Streifen ist ja von der Metallisierung freigebrannt. Nun wird der Spannungsprüfer an eine metallisierte Stelle gehalten: die Glimmlampe leuchtet kurz auf, es macht dabei "patsch". Und ich spüre wieder nichts. Gut so, harmlos. Si claro, maximal 0,5 mA.

Nun werde ich übermütig, und denke erst später darüber nach (die größte Gefahr bei Versuchen mit Hochspannung, manchen bleibt diese Gelegenheit verwehrt). Der Spannungsprüfer wird am falschen Ende, mit den Fingern an seiner Spitze angefasst. Und der Lamettastreifen wird nun mit dem stumpfen, großflächigen Teil, berührt: ein mehrfach hellerer Blitz durchzuckt die Glimmlampe, es macht laut "PATSCH" und es zuckt in meinen Fingern. Das erinnert mich an die Froschschenkel, einziger Unterschied, meine Finger sind noch dran ...

Warum dieser Unterschied?

Lamettastreifen an der geerdeten Kugelelektrode

Vom Lineal gelöst wird der Lamettastreifen an die Kugelelektrode geklebt (wie zuvor mit Tesafilm). Wie zu erwarten sind die Reaktionen jetzt wieder heftiger, Lichtbögen, auch wenn der Finger des Experimentators jetzt der Bühne fern bleibt.

Der Lamettastreifen klebt auch den Hochspannung führenden Kabeln fest. Die Isolation hält dem aber (kurzfristig) stand. Neue Idee: Kabelisolierung.

* bei verschiedenen Kabeln die Isolierung bei 18 kV testen (von lackisolierten Kabeln bis zum 1 cm dicken 120-kV-Kabel.

Dann klebt der Lamettastreifen am zweiten Kugelkondensator. Ich ziehe ihn ab, und ehe ich etwas unternehmen kann, springt er zum ersten Kugelkondensator hinüber. Und liegt damit am Ausgang des 18-kV-Netzteils, ohne Widerstand, direkt". Jetzt knallt es wirklich heftig.

Abhören der Entladungen mit dem Langwellenradio

Die Koronaentladungen sind nicht hörbar. Zwar gibt es Stellen auf der Skala, wo kein Rundfunksender sendet, aber die Störstrahlung der Phasenanschnittssteuerung des Netzteils erzeugt ein zu starkes Störspektrum, als dass im Radio in der Zimmerecke etwas anderes zu hören wäre.

Aber bei Lichtbögen, da knallt es nicht nur vor mir auf bzw. über dem Campingtisch, sondern da knallt es auch sehr laut im Radio hinter mehr. Nach 22 Uhr ist Nachtruhe verordnet. Also provoziere ich keine Überschläge mehr. Aber es knallt auch ohne Überschläge von mir. Das müssen Andere sein. Also Radio aus!

Neue Idee

War eben in der Küche und habe einen halben Apfel gegessen. Und habe die andere Hälfte in Plastikfolie verpackt. In dünner Plastikfolie!!!

Ein großes Stück liegt jetzt auf dem Elektrostatik-Tisch. Damit werde ich einen Kugelkondensator einwickeln, so wie Christo, und dann mit 18-kV-Überschläge mit Spitze und mit Erdungskugel durchführen, auch mit umgekehrter Polarität, im Hellen und im Dunkeln. Stelle mir das sehr interessant vor ... Muss mir das sofort unten in die Agenda kopieren

Lamettaschopf direkt an 18 kV

Schliesse jetzt den Lamettaschopf direkt an +18 kV an, diesmal ohne Schutzwiderstand. Auf Lichtbögen will ich verzichten. Selbst bei 18 kV heben sich die äußeren Lamettastreifen nicht höher. Die Spannungserhöhung durch Verzicht auf den Spannungsabfall am Schutzwiderstand reicht nicht aus, irgendwelche Steigerungen zu bewirken.

Ein weiterer Selbstversuch

Der 2-Gigaohm-Widerstand ist wieder in der Schaltung. Ich traue mich bei dem, was jetzt folgt, nicht auf diesen zu verzichten. Stelle mich auf einen grünen Plastikschemel. Mitgenommen werden ein Spiegel und der Spannungsprüfer. Mit diesem lade ich mich nun vorsichtig auf 18 kV auf. Spüre nichts. Auch auf dem Kopf kitzelt nichts. Im Spiegel sehe ich vollkommen normal aus. Viel besser geht das Aufladen und Entladen, wenn man hierzu einen extrem hochohmigen Hochspannungswiderstand nutzt, statt eines für 230 bzw 400 V optimeriten Hilfsmittels.

Es ist schon ein seltsamen Gefühl (nur mental), mit der Hand durch den Lamettaschopf zu kämmen und all das anzufassen, vor dem ich zuvor bewusst Abstand gehalten hatte (von gelegentlichen Betriebsunfällen abgesehen). Es kribbelt nichts, die Haare liegen auf dem Kopf. Schliesslich ist der Reiz des Neuen verflogen, es wird langweilig, und ich steige vom +18-kV-Potenzial (Schemel) zurück aufs Erdpotenzial.

Zur Vorsicht halte ich den Spannungsprüfer an die Erdbuchse. Ein leises "patsch" und ein kurzes Leuchten der Glimmlampe, dann hat die Erde mich wieder. Sonst ist nichts passiert.

Das wird wiederholt, erneut auf den grünen Schemel, langsame Aufladung über den leuchtenden Spannungsprüfer. Ich geniesse es, das 18-kV-Lametta zu kraulen. Und nun entlade ich mich, bevor ich auf die Erde zurück kehre, wieder mit dem richtig gehaltenen Spannungsprüfer. Das wird nicht anders sein als zuvor.

Ist es aber doch. Die Glimmlampe blitzt kräftig sehr hell auf, es gibt ein ziemlich lautes PATSCH und ich rufe unwillkürlich "Au!". Wiedereinmal hatte ich die vorhersehbare Situtation falsch eingeschätzt. Vielleicht bin ich nicht mehr lernfähig, mal sehen, wie sich das entwickelt. Für Euch in der Wiederholung: Wichtig: ein gut stehender Schemal, absolut standfest und ausreichend Platz, auf ihm ohne Balanzieren stehen zu können. Wenn dann so etwas wie beschrieben passiert, fällt man wenigstens nicht um oder runter!

Aber warum war das so heftig diesmal?

Ich hatte mich beim ersten Mal langsam über die endlichen Widerstände von Sandalen und Fussbodenbelag und Drumherum bereits ziemlich weit entladen. Und der Einsatz des Spannungsprüfer war sehr vorsichtig und dann auch ziemlich folgenlos. Jetzt aber stand ich noch auf dem gut isolierenden Plastikschemal und führte die Entladung wiederum eine Idee zu schnell durch, statt längere Zeit vor dem finalen Kontakt die Koronaentladung über mehrere cm hinweg, stetig verkürzend, für einen genüsslichen Übergang zu nutzen.

Bei dieser schnellen Entladung hatte ich nicht nur ein heftiges Zucken in den Fingern gespürt, sondern auch auf dem Kopf, als die Haare schlagartig zurück auf die Kopfhaut fielen.

Auch meine Kapazität gegenüber der Umgebung auf Erdpotenzial war bedeutend größer als die des kleinen Kugelkondensators von nur 10 cm Durchmesser. Vielleicht war auf meiner Oberfläche sogar mehr Ladung deponiert, als auf dem internen Hochspannungskondensator mit 564 pF. Man könnte das auch ausrechnen. Entsprechend groß dann der Entladungsstrom. Vielleicht sollte ich doch wieder statt "h" das große "H" wählen ...

Jetzt ist aber (mit den Versuchen) Schluss, um 0:59. Genügend Stoff für Fortsetzungen ist gegeben ...

neue Aufgaben

* Struwelpeter-Versuche (Alu) mit der Spitzen-Elektrode
* Struwelpeter-Versuche (Alu) mit der 100-kV-Influenzmaschine wiederholen: 1 bzw. 4 bzw. ganz viele Lamettastreifen
* nach Dicke und Material der Metallisierung von Lametta fragen bei EppsteinFOILS GmbH & Co. KG ...
* neue Säule mit nur 1 Lamettastreifen
* 1 Lamettastreifen in der Mitte wegbrennen, dann permant mit Lichtbogen in der Mitte die Metallisierung immer weiter bis zum Verlöschen des Lichtbogens wegbrennen lassen, Maximalwert notieren und posten
* Perücke aus Kunsthaar (möglichst billig kaufen), vielleicht mit Styroporkopf, für Struwwelpeter-Versuch mit nicht-leitendem Haar
* bei verschiedenen Kabeln die Isolierung bei 18 kV testen (von lackisolierten Kabeln bis zum 1 cm dicken 120-kV-Kabel.
* Kugelkondensator in dünner Frischhaltefolie einpacken. 18 kV mit Spitze und Kugel, Polarität invertieren. Im Dunkeln und bei Tageslicht.

Gruss
Hans-Günter

[hgd]

Hallo Liste,

Vorgeschichte

bereits seit Beginn meiner Elektrostatikversuche gab es immer wieder die Beobachtung, dass Lichtbögen und Funken (Funken sind kurzzeitige Lichtbögen, die nur verlöschen, weil die Spannungsquelle nicht genug Ladung heran schaffen kann, die Spannung am Lichtbogen also absinkt, bis dieser verlöscht) eine Vorliebe zeigen, sich nicht durch die "freie" Luft zu bewegen, sondern entlang der Oberfläche von Dielektrika (Isolatoren). Und das ist häufig "echt blöd" (natürlich gibt das dann immer Gelegenheit, das zu beobachten, was man noch nicht geplant hatte).

Selbstgebauter Plattenkondensator mit Kunststoffschrauben

Letztes Beispiel war hier der "selbstgebaute Plattenkondensator". Zwei Cu-kaschierte Platinen standen sich einige mm gegenüber. Der Abstand war ausreichend, Entladungen durch die Luft zu vermeiden. Aber die Platten mussten natürlich auf Abstand gehalten werden. Und mir vielen dazu nur Kunststoffschrauben ein, weil ich auch mit dem Abstand experimentieren wollte.

Und entlang der Oberfläche dieser Kunststoffschrauben traten jetzt permant die Lichtbögen auf, die ja gerade vermieden werden sollten. Eben blöd. Die Lösung wäre, nicht direkt zwischen den Platten, sondern quasi "hintenherum" eine aufwändige Haltekonstruktion zu bauen und zu hoffen, dass dann den Elektronen dieser Weg (Umweg) zu lang ist und sie dort bleiben, wo sie bleiben sollen, auf den Kondensatorplatten.

Warum diese oberflächennahe Entladungungen ?

Weil dies ja eines der grundlegenden Probleme (Aufgaben) der Hochspannungstechnik ist, gelöst vielleicht durch die Verwendung von Isolieröl, das zwischen Kondensatorplatten eingefüllt wird bzw. in das Wicklungen von Hochspannungstransformatoren getaucht werden (ohne Lufteinschlüsse, mit Kühlung, dass keine Blasen siedenden Öls entstehen, ohne Wasseranteil, das verdunstet und Bläschen bildet), peinlich saubere Oberflächen von Isolatoren aus Keramik, glänzend, unwirklich, dem Alltag scheinbar entrückt, so dass auf ebay Manches aus diesem Bereich auch fürs Bücherregal oder den Glastürenschrank in der Schrankwand angeboten wird, das hat seinen Grund hierin.

Sauberkeit ist hier keine Disziplinierungsmaßnahme, sondern erfüllt einen technischen Zweck. Daher fällt mir das Aufräumen meiner "Hochspannungszone" immer sehr leicht, beim Rest der Welt bin ich dagegen etwas zögerlicher .

Warnhinweise

Bei ebay und bei Flohmärkten mit den vielen Hochspannungskondensatoren muss man sicherstellen, bei ölgefüllten Kondensatoren PCB-freies Öl vorzufinden. Wie macht man das denn? Das geht gar nicht. Außerdem braucht man imho dann zuhause einen Feuerlöscher der Brandklasse B und E. In was für einen Schlamassel man sonst kommt, mag der erahnen, wer mal im Internet zu "PCB +Dortmund" recherchiert.

Wer so ein Teil nach dem Kauf prüfen lassen will ... am Besten lässt man die Finger davon! Auch Hochspannungstechnik kann äußerst gefährlich sein. Das gilt für PCB und auch für Asbest ... saugefährlich mit sauteuren Analysen und noch sauteurerer Entsorgung, wenn bei Weichasbest das Teil in Beton eingegossen werden muss, um es überhaupt deponierbar zu machen. Wer auf einen elektrischen Flohmarkt geht, sollte sich UNBEDINGT VORHER mal einige Seiten im Internet reinziehen und sich nicht darauf verlassen, dass der Anbieter die Wahrheit kennt, diese auch weitergibt, dass die für den eigenen Landkreis zuständige Sonderabfall-Hotline einem verspricht, "kommen sie einfach vorbei, am Dienstag ist unser Chemiker da ... der schaut sich das an und wenn es Asbest ist können sie das Teil gleich abgeben".

Wie aufwändig Asbestsanierungen sind, lässt sich erahnen, wenn man sieht, wie "zugeklebte" Fachleute mit Schutzkleidung und Atemschutz ein auf Unterdruck gehaltenes total christo-mässig eingepacktes Gebäude reinigen (besser: dekontaminieren). So etwas darf man seinem ärgsten Feind nicht antun.

Das "Indenverkehrbringen" von Asbest ist verboten. Soll man den Verkäufer mit einer Zivilklage haftbar machen für die immensen Kosten für Entsorgung und Dekontamination? Wenn der nicht in der Lage ist, die einige bis zig Tausend Euro zu zahlen, bleibt man auf den Kosten sitzen, und auch auf Gerichts- und Antwaltskosten.

Nach meinem Recherchierstand im Internet, muss ich hier einfach mal meine Bedenkenn hier zum Besten geben.

Lehrbuch für Hochspannungstechnik

Wenn ich Zeit habe, suche ich mal in einer Unibibliothek nach einem Lehrbuch für Hochspannungstechnik oder fahre mal wieder in AC vorbei (Kfz-Kennzeichen, nicht ~).

Einen Hinweis ...

... fand ich im Buch "Experimentalphysik 2". Wenn in einem Kondesator eine Seite (die Platten stelle ich mir jetzt waagerecht vor, eine Platte ist oben, die andere unten), wenn ich mir auf der linken Seite den Kondensator mit Luft gefüllt vorstelle, und sich auf der rechten Seite das Dielektrikum befindet, dann liegt an der Grenzfläche zum Dielektrikum, also an dessen Oberfläche an dieser Stelle dieselbe Spannung an, wie nebenan im Luftteil. Also herrscht an der Oberfläche des Isolators auch dieselbe hohe Feldstärke wie in der Luft links. Das ist anders als IM Dielektrikum, dort ist die Feldstärke entstsprechend der relativen Dielektrizitätszahl geringer.

Mögliche Erklärung

Auf den Kondsatorplatten befindet sich im Luftteil eine geringe Ladung, im Teil mit dem Isolator aber eine bedeutend höhere Ladung. Wenn es also bei parallelen Platten einen Überschlag gibt, dann imho bevorzugt hier, weil genau hier nicht nur die hohe Feldstärke anliegt wie überall auf den Platten, sondern auch ganz viel Ladung. Oberhalb und unterhalb des Dielektrikums auch, dort ist die Feldstärke aber geringer, aber an der Grenzschicht, zwischen Luft links und Isolatro rechts ist die Feldstärke genauso hoch wie links im Luftteil.

Ich würde auch an dieser Stelle überspringen, weil sich dort immer mehr Ladung ansammelt, findet dort ein einmal oder erneut gezündeter Lichtbogen immer ausreichend viel Futter, um erneut zu zünden bzw. gezündet zu bleiben. Es gäbe keinen Grund, woanders hinzugehen. Persönlich stehe ich aber auf Schokoladenprinten mit Haselnusssplitter aus AC (nicht ~).

Ausklang

Wer eine bessere / schönere / kürzere / richtige Erklärung für diesen Effekt der bevorzugten Entladung entlang der Oberflächen von Isolatoren hat, der möge bitte hier posten.

Einen neuen "thread" (Grundsätzliches oder so) wollte ich nicht extra aufmachen, der Effekt tritt natürlich nicht nur auf der Oberfläche von Lamettastreifen auf, wenn dort die Metallisierung weggebrannt ist.

tia
Gruß
Hans-Günter

[hgd]

30.10.2013
Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (5)
"Funkenstrecke" auf einem Lamettastreifen

Hallo Liste,

Vorgeschichte

Im letzten "Struwwelpeter"-Versuch hatte ich den Lamettaschopf an +18 kV angeschlossen und Versuche zu Elektroskop, Anziehung, Abstossung, galvanisch, dielektrisch und Aufladung durchgeführt. Dabei war mir aufgefallen, dass inmitten eines einzelnen Lamettastreifens ohne äußeren Einfluss ein Lichtbogen längs des Lamettastreifens enstanden war und sich mit der Zeit verlängert hatte. An der Stelle des Lichtbogens war die Metallisierung verdampft und nur noch die nicht-metallische, isolierende Trägerfolie vorhanden. Diese Stelle, dieser Spalt, diese Funkenstrecke hatte der Strom als Lichtbogen überspringen müssen. Seine thermische Energie an den Enden dieser Funkenstrecke, den "Elektroden" Anode und Kathode führte dort zur Verdampfungen weiteren Metalls und so zur weiteren Ausdehungen, zur Vergrößerung der Funkenstrecke.

Ziel und Versuchsaufbau

Was dort auftrat, das möchte ich mir heute genauer ansehen.

Der Aufbau besteht zunächst wie üblich aus der +18-kV-Quelle, dem ersten Kugelkondensator, einem 2-Gigaohm-Hochspannungs-Widerstand, dem zweiten Kugelkondensator, parall angeschlossen dem Elektrometer und zuletzt als Prüfling einem einzigen Lamettastreifen.

An dieser Stelle eine Frage für jeden von uns: Was unterscheidet einen Hochspannungs-Widerstand von einem normalen Widerstand?

Den Lamettastreifen spannte ich nicht zu stramm zwischen den beiden senkrechten PVC-Rohren, welche oben den Galgen aufgesetzt hatten, um eine Überdehnung des Prüflings auszuschliessen.

Kontaktierung

Die angemessene Befestigung des Lamettastreifens erfordert etwas Hirnschmalz, dass ich nicht nicht investierte. Zukünftige Versuche mit dünnen, metallisierten Folien - besonders dünner Streifen - sollten sich für intelligentere Lösungen nicht zu schade sein. Vielleicht komme ich weiter unten auf dieses Thema noch einmal zu sprechen. Jetzt mache ich es mir einfach, fixiere den Lamettastreifen mit Tesafilm am PVC-Rohr und klebe dann eine zurecht gebogenes Drahtstück mit einer Öse für eine Krokodilklemme (wiederum mit Tesafilm) darüber. Natürlich achte ich auf galvanischen Kontakt, mache mir aber ansonsten keine weiteren Sorgen, denn bei Elektrostatik mit bis zu 18 kV war die Kontaktierung bisher nie ein Thema gewesen.

Mit dabei sind eine Geologenlupe (aus Kunststoff, weniger geeignet ist ein "Fadenzähler" aus Metall), Taschenlampe und ein Kunststofflinieal zum Messen.

Die Brozzelei beginnt

Ich drehe den Spannungsknopf am Netzteil auf die Stelle, an der normalerweise 18 kV geliefert werden. Das Elektrometer zeigt nur 16 kV, aber das ist kein Problem. Ich befürchte die recht unangenehmen Überschläge im Geräteinnern, daher drehte ich nach diesem Ereignis nie höher als in die Position.

Mit einer geerdeten Spitzenelektrode verdampfe ich kurz die Metallisierung in der Mitte, ohne das mit der Lupe prüfen zu können. Alles drängt dazu, den schmalen, etwas verdrillten Lamettastreifen in die Hand zu nehmen und glatt zu streichen / zu spannen und exakt in den Brennpunkt der Lupe zu bringen. Aber bei 16 kV würde die Lupenhand bestimmt nicht ruhiger werden ...

Ich verbinde die geerdete Spitzenelektrode jetzt mit dem 16-kV-fernen Ende des Streifens (am PVC-Rohr). Das Elektrometer zeigt inzwischen bereits 17 kV an. Über dem Lamettastreifen liegen jetzt die gesamten 17 kV an, von +17 kV bis zur Erde (-17 kV). Und es funkt bereits am geerdeten Ende des Streifens, dort ist die Kontaktierung also bei weitem nicht so perfekt, wie sie eigentlich sein müsste: Es hat sich dort bereits nach wenigen Sekunden ein metallfreie, isolierende Stelle gebildet. Und so ist dort bereits ein Nebenschauplatz entstanden, der die Versuchsdurchführung beeinträchtigt. Ich mache sie zum Hauptschauplatz und messe kurz nach Beginn eine Länge der metallfreie Zone von 2 mm.

Allerdings es ist auch praktisch, hier auf der Seite am PVC-Rohr eine solche "Funkenstrecke" zu haben, kann ich doch das Lineal gut auf den Kontaktierungsdraht auflegen und in aller Ruhe auf den mm genau die Weite messen.

Die Sonnenbrille (UVA, UVB, 85% Blau) ist aufgesetzt. Und nun wird gezielt gebrozzelt. Eigentlich will ich eine einzige Funkenstrecke in der Mitte des Lamettastreifens haben und als Funktion der Zeit die Ausdehung dieses metallfreien Hindernisses messen. Aber mit inzwischen zwei weiteren Funkenstrecken (es funkt inzwischen auf an der anderen Kontaktierung) ist das jetzt nicht mehr zu machen. Ich müsste einen neuen Lamettastreifen peinlichst genau spannen mit bester Kontaktierung, um Verdampfen an allen Stellen, bis auf die induzierte Schadstelle in der Mitte auzuschließen.

Wenn alles perfekt wäre, könnte (nicht ich, aber man) das mit Video aufnehmen und auf YouTube einstellen, man könnte sehen, wie die Weite dieser "Funkenstrecke" zunimmt und der Lichtbogen immer an den beiden Enden der Funkenstrecke haften bleibt und deutlich an Länge zunimmt. Aber ich ziehe das jetzt einfach mal so wie es gerade ist durch.

Ich führe die geerdete Spitze jetzt entlang des Lamettastreifens, um keine Spannung an der einen Kontaktierung zu verschenken, und es wird immer schwieriger, die Fehlstellen im Lamettastreifen nehmen ebenfalls schnell zu und lassen nicht mehr von überall her genügend Strom im Lamettastreifen zur "Funkenstrecke" gelangen. Dies ist einer der Erschwernisse dieses Versuchs, der theoretisch zunächst so einfach aussah.

In einer ersten Brozzelpause messe ich als Länge der "Funkenstrecke" direkt neben der +18-kV-Kontaktierung bereits 4,5 mm (eben waren es noch 2 mm gewesen).

Die "Funkenstrecke" unter der Lupe

Die Kanten der "Elektroden" der "Funkenstrecke" auf dem Lamettastreifen sind nicht gerade, nicht senkrecht quer zur Längsrichtung des Streifens sondern zum scharfkantigen Rand des Streifens hin gebogen: Die Verdampfung erfolgt also an den scharfkantigen Rändern des Streifens schneller, als in auf der Mitte der Breite des Streifens.

Da hier die höchste Feldstärke herrscht, ist dies nicht verwunderlich. Genau und häufiger hingeschaut, sehe ich auch, dass die Funken nur entlang der Schmalseiten des Lamettastreifens überspringen. Theorie und Praxis scheinen also den Abbrand der Metallisierung übereinstimmend wieder zu geben.

Der inzwischen groß gewordene Lichtbogen auf der "17-kV-Seite" springt inzwischen über zwei "Funkenstrecken" hinweg, dort gibt es jetzt nur noch den einen, langen Lichtbogen. Und der verlässt den Lamettastreifen nur noch einmal, springt direkt zum Befestigungsdraht auf dem PVC-Rohr, der so die Funktion eines Koronarings übernimmt.

Koronaring

Ich empfehel hierzu den kurzen Wikipedia-Artikel zum Thema zu lesen (auch die Aufnahme einer 380-kV-Leitung im Artikel ist sehenswert und wird erläutert) ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Koronaring

Um Isolatoren durch Koronaentladungen und durch Überschläge nicht zu gefährden, werden in der Nähe ihrer Anschlüsse (Enden) Koronaringe angeordnet. Mögliche Lichtbögen sollten nie über die Oberfläche von Isolatoren springen und zwischen deren Enden springen. Die Keramik könnte springen / abplatzen.

Bei Hochspannungs-Umschaltanlagen 110 bis 380 kV (und höher) lassen sich dies gut erkennen, oder auch an den Isolatoren von Hochspannungs- und Höchstspannungsleitungen. Ich hatte mir immer vorgestellt, dass deren Aufgabe ist, es den Elektronen schmackhaft zu machen, bereits in sie einzuschlagen und nicht den längeren Weg zu den Enden des Isolators zu gehen. Das ist eher eine intuitive Erklärung. Man kann sich auch (wie im Wikipedia-Aufsatz) einen Koronaring als einen stark reduzieren Faraday-Käfig vorstellen, in dessen Innern die Feldstärke stark verringert ist. Die Feldlinien lassen sich aber auch berechnen und mit etwas Gefühl auch freihändig zeichnen.

Beispiele für den Einsatz von Koronaringen findet man auch auf der Website von SAQ, dem schwedischen Längstwellensender mit einem Maschinensender und Weltkulturerbe. Auch bei Funkamateuren, die auf Mittelwelle und vor allem Langwelle senden, sind sie ein Thema. Es gibt Berichte, dass bei nur 1 mW (Milliwatt) an den stark verkürzten Antennen Spannungen von mehreren kV entstehen und ohne Koronaring zu permanenten Überschlägen in Kunststoffseile führten, die dann weich wurden und rissen, und die Antenne mit sich rissen, alles schon passiert. Zunächst hielt ich das nicht für möglich.

Bei der Suche findet man auch Produktblätter von Bauteilen der Hochspannungstechnik mit Koronaringen. Wer darauf steht, kann reiche Beute einfahren. Es gibt ja auch viele Hochspannungsbegeisterte, die selber basteln. YouTube ist eine Quelle mit großem Suchtpotenzial.

Zum Thema "Koronaring" liessen sich mit unseren Mitteln auch Versuche ausdenken, vielleicht auch mit höherere Spannung, wo man zunächst ohne und danach dann mit einem (oder zwei solcher) Drahtring(e) Funken überspringen lassen könnte. Wenn das ordentlich konstruiert würde, auf jeden Fall modular, für verschiedene Isolatoren (Material, Oberflächenform, Länge, Durchmesser, Anbringsort des Koronarings usw.) liessen sich verschiedene Konfigurationen darstellen und vergleichen, und dies auch in Bild und Video! "Nur" mal so nicht als "Wink mit dem Lamettastreifenl" sondern etwas deutlicher als "Wink mit dem Zaunpfahl" .

Hochspannungs-Touristik

Wenn ich nach Stuttgart fahre, schaue ich mir auch immer eine neue 380-kV-Schaltanlage an, wo auch noch Geräte zur Blindleistungskompensation entsprechend isoliert auf einer Seite stehen. Isolatoren üben auf manche Beobachter eine sehr anziehende Wirkung aus. Der Schreiber des Postings hier gehört dazu .

Und auf einer Studienreise nach Schweden mit viel Hochspannung (während des Studiums, vielleicht bereits einmal hier erzählt) hatten alle bis auf die beiden Professoren (Gastgeber und Gast) große Freude an Aufladung. Mit erhobener Arm und ausgestrecktem Zeigefinger standen wir unter Leitungen von 750 kV oder 1 MV. Es sirrte überall herum. Mit gut isolierten Schuhen ging das recht schnell. Dann näherte man sich unbemerkt einem Kommillitonen von hinten und hielt ihm den aufgeladenen Finger an dessen Ohrläppchen, ein Funke von mehreren cm Länge sprang dann über, wenn sich der "Kollege" mehr auf Erdpotenzial befand (geeignet für die Qualitätssicherung von Schuhwerk. Das hat richtig Spass gemacht, auch die Assistenten haben mit gemacht. Nur die beiden Profs mussten sich zurückhalten und den Anschein einer gepflegten technischen Konversation aufrecht erhalten ...

weitere Versuchsvarianten

Nun, jetzt mal wieder ernsthaft, zu dem Lamettastreifen, der inzwischen über zwei kombinierten "Funkenstrecken" von 5 mm plus 2 mm spring, eine Schlagweite also von inzwischen 8 mm. Ausgangspunkt war eine winzige induzierte Fehlstelle, über 2 mm, 4,5 mm bin ich jetzt bei 8 mm angekommen. Etwas später sind es 9 mm.

Außer der Spitzenelektrode, kommen jetzt die geerdete 56-mm-Kugel und ein einfacher Bananenstecker zum Einsatz. Zwischen dem Bananenstecker und einem überstehenden kurzen Stück Lamettastreifen lässt sich gut extrem schnelles Ping-Ping spielen. Und das ist jetzt wieder äußerst gefährlich, besonders wenn ich jetzt versuche, ziemlich nahe genau hinzuschauen, dazu noch die Sonnenbrille trage. Da sehe ich nie richtig, wo das einseitig freifliegende Streifenende herumschwirrt.

Weil der Text bereits schon wieder ziemlich lang ist (die Variantenfülle des Versuchs ist die Ursache), verschiebe ich den Rest in eine "Fortsetzung", diese umfassen soll ...

galvanisches Ping-Pong (gPP)
dielektrisches Ping-Pong (dPP)
Neues Spiel, neues Glück
1-Streifen-Struwwelpeter
Annäherungen
2-Streifen-Struwwelpeter
Unter der Lupe
kurzgeschorenes Lamettabüschel
Perlenkette
Kunststoffkugeln im 18-kV-Näpfchen

Zum Ende dann eine imo äußerst reizvolle Idee (lasst Euch bitte inspirieren und behaltet das auch bitte nicht für Euch, denn "Hochspannung bleibt spannend".

Eine "Lichtbogenharfe"

mehrere Lamettastreifen übereinander, waagerecht mit bester Kontaktierung einspannen (Kontaktierung auf zwei Schichten selbstklebende Alu-Folie, oder 1 Schicht Alu-Folie, wenn es möglich ist die metallisierte Seite der Lamettastreifen zu identifizieren und diese auf die Alu-Seite der selbstklebende Alu-Folie (mit Tesafilm) zu kleben. In allen Lamettastreifen kurz in der Mitte eine Fehlstelle hinein brennen. Dann Erde und +18 kV dauerhaft anschließen. Ich erwarte, dass nur an der kürzesten Funkenstrecke ein Lichtbogen brennt. Wird die Funkenstrecke zu lang, verlöscht der Lichtbogen und ein anderer übernimmt dessen funktion an der nun kürzesten Funkstrecke. Ich erwarte mir hier ein vielleicht einminütige Vorstellung höchster brozzelnder Dynamik. Danach würde ich aber zumindest mein HV-Netzteil abkühlen lassen ... und lüften (das Zimmer).

Das Ganze könnte man vielleicht als Lametta-Variante der Jakobsleiter mit 100 µA durchgehen lassen, bestimmt deutlich leiser, aber dafür wenigstens mit echten Leitersprossen, wie es sich gehört.

Gruss
Hans-Günter

[hgd]

30.10.2013
Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (6)
mechanische Schwingungen, elektrostatisch angeregt

Hallo Liste,

Vorbemerkung

im Posting "Weihnachten (5)" hatte ich begonnen, einen einzelnen Lamettastreifen etwas genauer zu untersuchen, nachdem die vorangegangene Versuchsserie mit einem Lamettabüschel bzw. Lamettaschopf sich als außerordentlich ergiebig heraus gestellt hatte (Weihnachten (3)). Das letzte Posting endete bereits mit einer imo recht reizvollen Idee, die aus diesem Grund hier nochmals wiederholt wird. Das ist echt was zum Basteln und Beobachten, die ...

"Lichtbogenharfe"

Mehrere Lamettastreifen übereinander, waagerecht mit bester Kontaktierung einspannen (Kontaktierung auf zwei Schichten selbstklebende Alu-Folie, oder 1 Schicht Alu-Folie, wenn es möglich ist die metallisierte Seite der Lamettastreifen zu identifizieren und diese auf die Alu-Seite der selbstklebende Alu-Folie (mit Tesafilm) zu kleben.

Und jetzt beginnt die eigentliche Fortsetzung ...

galvanisches Ping-Pong (gPP)

Zum Entspannung spiele ich jetzt ein paar Runden "galvanisches Ping-Pong (gPP)" mit dem auf einer Seite überstehenden kurzen Stück des Lamettastreifens, den ich bisher immer nur zweiden den beiden vertikalen PVC-Rohren "gequält" hatte. Diesem überstehenden Stück nähere ich mich mit dem geerdeten (minus 18 kV) Bananenstecker. Das waagerechte, überstehende Stück Lamettastreifen zirpt, knattert und flattert so schnell, dass ich selbst bei abgesetzter Sonnenbrille nichts sehe: der Lamettastreifen scheint überall gleichzeitig zu sein, so schnell vibriert und schwingt jetzt das Lamettastreifenende. Das erinnert mich die Baumwollwattenversuche mit dem Wattefetzen zwischen den beiden Kugelkondensatoren.

Und unvermeidlich bilden sich jetzt auch wieder weitere Lichtbögen entlang dem Lamettastreifen: an dessen Kontaktierung zur 18-kV-Leitung und an der Spitze. In der Mitte und am frei schwingenden Ende dauert es nicht lange, bis je 8 mm Metallisierung verdampft sind.

Durch den jetzt fehlenden unmittelbaren, galvanischen Kontakt (weil weggebrannt) hat sich das galvanisches Ping-Pong wie zuvor schon mehrfach beobachtet, in ein dieelektrisches Ping-Pong (dPP) verwandelt, das sich ja etwas anders als ein gPP verhält: das Ende des Lamettastreifenendes "klebt" jetzt am Bananenstecker, es tritt kein Funke mehr auf.

Nun führe ich das Lamettastreifenende in einem stark gekrümmten Bogen zum Anschlussdraht des 18-kV-Anschlusses. Jetzt findet zur selben Zeit gPP und dPP statt, mit zwei Lichtbögen, Gebrozzel und Geknatter. Das elektrostatisch "klebende" Ende bildet eine eingespannte Saite, die sich über Funken (Schlagweite ca. 5 mm) vom gebogenen Draht der 18-kV-Einspeisung aufladen und durch periodische Wiederholung in eine sehr schnelle Schwingung versetzten lässt.

Im Schein der Taschenlampe ist der Schwingungsbauch deutlich zu erkennen. Zwischen den beiden eingespannten Enden (Befestigung am PVC-Rohr) und elektrostatisch "festgeklebt" am geerdeten Bananenstecker im Schwingungsbauch bei maximaler Schwingungsauslenkung (hin zum Draht und weg vom Draht) ist alles nur noch "flirrendes Lametta", nichts mehr vom konkreten einzelnen Draht. Unwillkürlich führe ich mich an Lösungen der Schrödingergleichung erinnert, welche die Aufenthaltswahrscheindlichkeit von Elementarteilchen im Atom wiedergibt, zumindest kann man sich das vorstellen. Hier aber ist ja alles noch makroskopisch, aber eben schneller, als es die Augen erlauben.

Nach Spitzenelektrode, Bananenstecker übernimmt jetzt die geerdete 56-mm-Kugel die Funktion eines Spielzeugs. Auch hiermit lassen sich bei Annäherung mit dem "freischwingenen" (d. h. nicht eingepannten) Ende des Lamettastreifenendes Schwingungsversuche bzw. auch Resonanzversuche durchführen. Je nach Aufladung (Spannung) lässt sich die Schwingungsfrequenz verändern und in Resonanz bringen. Es gelingt, zwei verschiedene Resonanzen mit ihren unterschiedlichen Resonanzfrequenzen und ihrem unterschiedlichen Erscheinungsbild (Schwingungsbauch, Schwingungsknoten) gezielt anzuregen. Die Grundfrequenz ist dabei (auch) von der Länge des überstehenden Lamettastreifenende abhängig.

l Dieses Thema sollte mal intensiviert werden ("elektrisch angeregte mechanische Schwingungen und Resonanzen"), mit augenfälligen Versuchsaufbauten, die auch Laune machen (durch die Sonnenbrille) hinzuschauen.

Währen des länger andauernden Versuchs ist an der 18-kV-Seite die Metallisierung inzwischen auf 10 mm weggebrannt. Mit dem überstehenden Lamettastreifenende ist eine "Speisung" des waagerecht zwischen den PVC-Rohren aber erneut (immer noch) möglich.

l man sollte unbedingt diese Art von Versuchen auch bei einem senkrecht herabhängenden Lamettastreifen durchführen, der unten beschwert wird, um ihn und die Effekte deutlich sehen zu können. Das würde auch durch Wegfall einer Kontaktierung Vorbereitung und Durchführung von Versuchen erleichtern.

Neues Spiel, aber kein neues Glück

Der Versuchaufbau wird geändert, zwar ist alles jetzt gefährlicher, weil die +18 kV viel näher am Reglerknopf des Netzteils und auch der Erdungsschraube liegen, aber eine Verbesserung bei der Kontaktierung führen sofort nach dem Einschalten zu verstärkter Verdampfung, bevor noch die eigentlichen Versuche begonnen haben.

1-Streifen-Struwwelpeter

Weil das so nicht geht, klebe ich stattdessen einen Lamettastreifen mit Tesafilm oben aufs Elektrometer. Die Spannung wird erneut von 0 an hochgedreht. Bei 7 kV legt sich der schlaff herab hängende Lamettastreifen eng an das PVC-Rohr an, das oben das Elektrometer trägt. Bei weiterer Erhöhung "klebt" der Lamettastreifen zwar unten noch am PVC-Rohr, oben aber spannt er sich bereits in einem Bogen soweit nach außen, wie es ihm nur irgendwie möglich ist. Bei 17 kV hält ihn der Tesafilm auf dem Elektrometer und unten die Elektrostatik am PVC-Rohr.

Ab und zu bekommt der als Bogen gespannte Lamettastreifen einen "Schüttelfrost", den man auch hört: da zirpt das was! Licht aus! Hoffentlich löst sich jetzt nicht der unten noch "klebende" Lamettastreifen vom PVC-Rohr ab, sonst flöge der mir ins Gesicht.

Ja, beim "Schüttelfrost" zirpt es. Und ein winziges Fünkchen zeigt sich auf dem vom PVC-Rohr abgehobenen Lamettastreifen. Offenbar entlädt sich der durch eine "Fehlerstelle" vom oberen Streifen getrennte Lamettastreifen über den Tonnenfuss zum Tisch. Und erhält über diese Fehlstelle von oben laufend Nachschub, was durch einen Überschlag (Funken) an der Fehlstelle geschieht.

Licht an! Das untere Ende vom Lamettastreifen soll mit dem Lineal vom PVC-Rohr befreit werden. Und hebt sich unter Zirpen sofort und permanent zitternd ab. Und auch nach der Ablösung findet am unteren Lamettastreifenende immer noch Koronaentladung statt.

Das 18-kV-Netzgerät erreicht und überschreitet inzwischen die 18-kV-Marke am Elektrometer. Das muss seine Ursache in der Erwärmung des Netztzeils haben, dem es langsam warm wird.

Annäherungen

Ich kürze bei der jetzigen Wiederholung das gestrige Repertoire ab und nehme sofort die geerdete 56-mm-Kugel zur Hand. "Gemischtes" Ping-Pong steht jetzt auf dem Programm. Mit der Kugel gelingt es jetzt auch, den einen Lamettastreifen oberhalb der horizontalen Ebene zu heben. Jetzt ereignen sich Überschläge unter dem Tesafilm am Elektrometer. Nach kurzer Zeit sind schon wieder 5 mm Metallisierung weggebrannt (verdampft).

Inzwischen erreicht die Spannung beinahe den sechsten Markierungsstrich am Elektrometer. So hoch war ich noch nie.

2-Streifen-Struwwelpeter

Falte (nach Erdung) den Lamettastreifen in seiner Mitte und klebe ihn so erneut oben aufs Elektrometer. Erkenne, dass die Trägerfolie so stark ist, dass der Tesafilm ohne Reissen des Lamettastreifens von diesem abgezogen werden. Gut zu wissen.

Mit diesem Doppelstreifen, welcher einem Elektroskop ähnelt, wird erneut der Spannungsbereich von 0 bis 18 kV durchfahren. Knapp unterhalb von 5 kV heben beide Hälften des gefalteten Streifens ab. Langsam steigt (ohne mein Zutun) die Spannung weiter an.

Zwischen 15 kV und 18 kV schwingt die Anzeige des Elektrometers mit geringer Amplitude. Dies erfolgt synchron mit den beiden Streifenhälften, die permanent versuchen, sich gegeneinander aus dem Weg zu gehen, ein stetes Wogen. Beide Hälften des Lamettastreifens entladen sich über ihre freien Enden. Einer der Streifen ist horizontal und biegt sich leicht überhalb der Horizonalen empor. Die Hälften sind ja nur noch halb so schwer wie zuvor der vollstänige lang ausgebreitete Streifen.

Das sieht alles recht gespenstisch aus, wenn beide hauchdünnen Lamettastreifen wie ein Standbild, ohne kleinste Bewegungen starr in der Luft stehen, wie es ohne eine unsichtbare Kraft absolut unmöglich wäre. Dann auf einmal stellt sich wieder eine kleine Unruhe ein: beide Streifen heben und senken sich "synchron" aber "antiparallel", bis sie wieder (erneut ohne erkennbare Ursache) in gespenstige Starre verfallen.

Ping-Pong (dPP und gPP)

Jetzt kommt das Kunststofflineal zum Einsatz. Und ich gebe mich kurz der Variante "dielektrisches Ping-Pong" hin. Nächster Akt: die geerdete Spitzenelektrode. Auch hier zunächst dPP. Nur selten kommt es zum galvanischen Kontakt, Überschlägen und damit eine, gPP. Es sirrt permanent. Jeder Lamettastreifen möchte unbedingt zur geerdete Spitzenelektrode, wird vor einer eigentlich möglichen Berührung durch den starken Elektronenwind der negativen Spitzenelektrode (Koronaentladung) weggeblasen. Vielleicht hat aber auch die Koronaentladung ohne direkte Berührung die Ladungsangleichung soweit voran getrieben, dass Lamettastreifen und Spitzenelektrode sich auf gleichem Potenzial befinden und nun sich alle Mühe geben, einander auszuweichen.

So deutlich wie bei der weggeblasenen und schliesslich brausend flackern ausgeblasenen Kerzenflamme ist dies hier jetzt nicht zu sehen, aber nach dem Kerzenflammenversuch steht für mich der aktuelle Versuch an zweiter Stelle.

Innerhalb von wenigen Sekunden ist an zwei Stellen die Metallisierung auf 8 mm verdampft. Durchs "Kleben" am Lineal lässt sich dieser Abstand diesmal wieder sehr leicht messen, ohne Bewegung, Wackeln und Furcht des Experimentators vor einem Überschlag.

Und noch einmal die geerdete 56-mm-Kugel: Knatternd sind beide gleichzeitig zur Kugel geflogen und versuchen trotz des gemeinsam erreichten Ziels, sich gegenseitig weitmöglichst aus dem Weg zu gehen, sich möglichst stark von einander weg zu beugen.

Unter der Lupe

Es zeigen sich inzwischen auch entlang der Ränder der Lamettastreifen "Abplatzungen" bzw. "Verdampfungen" der Metallisierung. Die bogenförmigen Ränder der vollständig weggebrannten isolierten Stellen ("Funkenstrecke") zeigen ebenfalls diese Strukturen. In der "Funkenstrecke" selber, zwischen den "Elektroden" aus der noch vorhandenen Metallisierung, befinden sich eine Wolke von ganz vielen kleinen Partikeln aus Metall, die dort beim Verdampfen entweder "vergessen" wurden oder nachträglich im metallfreien Raum dort kondensierten und sich wieder auf- bzw. einlagerten.

* Entstehung und Natur der "Partikelwolke" in der "Funkenstrecke" untersuchen

kurzgeschorenes Lamettabüschel

Ein Lamettastreifen wird mehrfach gefalltet und an den Faltungen zerschnitten. Zusammengefasst klebe ich diese ca. 5 bis 6 cm langen Schnippsel mit Tesafilm parallel an die Seite des Elektrometers. Beim Aufladen zeigt sich nichts Neues. Dieser Versuch ist weniger effektvoll als viele andere und wird sofor beendet.

* vielleicht könnte man, dem KOSMOS Elektro-Zauber folgend einen "Igel" aus breitflächiger Alu-Folie (also nicht aus zerschnittenem Lametta) erstellen, die spitzen Spitzen nicht einfach stumpf, quer abschneiden sondern pfeilmässig zugespitze zuschneiden ...

Perlenkette

Die Perlenkette war beim spontanen Weihnachtsschmuckeinkauf im Baumarkt auch in den realen Warenkorb gelandet. Bereits feststellt: die Perlen sind leitend, die sie verbindene Schnur (Kordel) leitet nicht.

Ich schneide von den 5 m (die Länge reicht für mehrer Megavolt !) ein kürzeres Stück ab und hänge dieses an den Galgen, um auch dieses "Halbzeug" den 18 kV auszusetzen. Beim Aufladen auf 18 kV bewegt sich die Perlenkette ein wenig, aber sonst passiert nichts.

Ich führe nun die negative (geerdete) Spitzenelektrode entlang der Perlenkette vom freien Ende unten langsam nach oben. Schließlich gibt es einen lauten Überschlag, nein, gleichzeitig absolut zur selben Zeit, zwischen je zwei Kugeln einen Überschlag von der Spitzenelektrode also in die erste Kugel, dann von dieser Kugel zur nächsten hinauf, dann von der dortigen noch mal über den zwischenraum hinweg in die noch höhere, und die liegt bereits auf +18 kV.

Wir sehen hier also eine in kleiner Abschnitte geteilte Funkenstrecke, mit Funken nur zwischen den Kugeln. Für die Technik ist das erwünscht. Bei unseren Versuchen wirkt diese Aufteilung allerdings als "Spassbremse". Denn mir gelingt wiederholbar sicher nur ein Überschlag über zwei Kugelzwischenräume und den Zwischenraum über Spitze zur "ersten" Kugel hinweg. Für mehr Kugeln ist höhere Spannung erforderlich (das bleibt der Influenzmaschine und dem Bandgenerator vorbehalten).

In der Technik wird diese Technik (Löschfunken) zur besseren Kühlung verwendet. Die Lichtbögen sollen schneller verlöschen. Und die vergrößerte Elekrodenoberfläche soll möglichst schnell unterhalb der Temperatur abfallen, bei deren Überschreitung durch Thermoemmission freie Elektronen entstehen. Dies ist das Charakteristikum einer Bogenentladung.

Früher (im Internet gibt es umfangreiche Literatur) nutze man zunächst Funkensender, mit einer einfachen Funkenstrecke. Der Wunsch nach mehr HF-Leistung führte zu höheren Spannungen, aber der Lichtbogen wurde zu heiss, der Sender machte mehr, was die Elektronen im Lichtbogen wollten, als was die Elektronen in Schwing- und Antennenkreis sollten. Und dann wurde die Funkenstrecke mit Wasserstoff gefüllt, schließlich aufgeteilt, damit die Funken schneller verlöschten, lange bevor die nächste Hochfrequenzschwingung sich anbahnte. Diese Sender nannte man dann nicht mehr (laute) Knallfunkensender sondern leisere Löschfunkensender. Wie gesagt, bitte bei Interesse im Internet nachlesen.

Beim Versuch wurde deutlich, dass die kleinen Kugeln, jede stellt ja einen eigenen Kugelkondensator dar, erst aufgeladen werden mussten, bevor der Überschlag erfolgte.

Bei mehr als zwei-Kugel-Zwischenräume gelang der Überschlag über die in Reihe geschalteten Kugeln nicht mehr immer. Und das sind dann, wenn es gelingt, auch wirklich helle und laute Überschläge.

Interessant war, dass die Überschläge nicht wie sonst, entlang des isolierenden Dielektrikums (hier der isolierenden Kordel) erfolgte, sondern weiter außerhalb. Vielleicht liegt die Ursache in dem größeren Durchmesser der Bohrungen in den Kugeln, größer als der Kordeldurchmesser. Hier ist also noch Raum für weitere Versuche und Konstruktionen:

* ich würde gerne die Kugeln auf kleiner Abstände bringen, auf exakt gleich Abstände, vielleicht auch in einem modularen Aufbau, die Kugeln abwechselnd mit kleinen dünnen Abstandsplättchen auf einem Perlon- oder Teflonfaden auffädeln und damit experimentieren.

Denkbar wäre auch ...

* ein Netzwerk aus solchen Kugelfunkenstrecken zu bauen, oder dieser um die Ecke herum, mehrfach gefaltet auf einem geeigneten Isolator zu führen, sich auf diese Weise eine "Blitztafel" zu bauen.

Also dies ist ein neues Kapitel: "viele kleine Kugelfunkenstrecken in Serie" usw.

Kunststoffkugeln im 18-kV-Näpfchen

Was nun noch gegen Ende der langen "Nacht der Hochspannung" folgt, sind grobe Vorversuche:

Ich lege die kleinsten Kunststoff- (ich wiederhole) kleinsten Kunststoffkugeln [also nichts mit Perlenkette !!!] in ein Blechnäpfchen und halte die negative (geerdete) Spitzenelektrode hinein und gehe im Näpfchen auf die Kügelchen zu. Kaum sind die aufgeladen, rennen die blitzschnell im Näpfchen rund herum, soweit dafür von den anderen Kügelchen Platz gelassen wird. Die Kugeln werden von einer plötzlich auftretenden Kraft extrem schnell angestossen. Für mich ist die letzte Versuchsstufe vor dem klassischen Versuch der "Kugel im oder zwischen zwei Ring(en)."

Ich könnte mir das Teil im Internet kaufen, aber zuvor möchte ich mit Dosenverschlusskappen aus Blech und dem Blechnäpfchen vom Teelicht erst noch einige Versuchen machen. Und bin gespannt, was dabei herauskommt.

* Kunststoffkugeln in Blechnäpfchen -- weitere Versuche

Unterm Strich: Es gibt noch viele interessante Materialen und Versuche, ein Ende, ein Versiegen von Ideen ist noch nicht absehbar, Hochspannung (Elektrostatik) bleibt spannend".

Meine augenblickliche Signatur

Springen munter Elektronen, bleibt hg nicht auf dem Boden
(sondern steigt immer öfter auf den grünen Plastikschemel)

Agenda

* folgendes Thema intensivieren ("elektrisch angeregte mechanische Schwingungen und Resonanzen"), mit augenfälligen Versuchsaufbauten
* man sollte unbedingt diese Art von Versuchen auch bei einem senkrecht herabhängenden Lamettastreifen durchführen, der unten beschwert wird, um ihn und die Effekte deutlich sehen zu können. Das würde auch durch Wegfall einer Kontaktierung Vorbereitung und Durchführung von Versuchen erleichtern.
* Entstehung und Natur der "Partikelwolke" in der "Funkenstrecke" untersuchen
* vielleicht könnte man, dem KOSMOS Elektro-Zauber folgend einen "Igel" aus breitflächiger Alu-Folie (also nicht aus zerschnittenem Lametta) erstellen, die spitzen Spitzen nicht einfach stumpf, quer abschneiden sondern pfeilmässig zugespitze zuschneiden ...
* ich würde gerne die Kugeln auf kleiner Abstände bringen, auf exakt gleich Abstände, vielleicht auch in einem modularen Aufbau, die Kugeln abwechselnd mit kleinen dünnen Abstandsplättchen auf einem Perlon- oder Teflonfaden auffädeln und damit experimentieren.
* ein Netzwerk aus solchen Kugelfunkenstrecken zu bauen, oder dieser um die Ecke herum, mehrfach gefaltet auf einem geeigneten Isolator zu führen, sich auf diese Weise eine "Blitztafel" zu bauen.
* Kunststoffkugeln in Blechnäpfchen -- weitere Versuche

Gruss
Hans-Günter

[hgd]

(Hochspannung, Hochspannungsversuche, Versuche, Elektrostatik, Lametta, Lamettastreifen, Metallisierung, Weihnachten, Koronaentladung, Lichtbogen, Schwingungen, Saite, Resonanz, Resonanzversuche, Frischhaltefolie, Kraft, Kräfte, Sprühenladung, Sprühaufladung)

30.10.2013
Hochspannungsversuche mit Christbaumschmuck
Weihnachten (7)
Knallende Funken mit großer Schlagweite auf Frischhaltefolie

Hallo Liste,

Vorbemerkung

inzwischen habe ich mich mehrmals auf das Nivea des 18-kV-Potenzials erhoben, durch Besteigen eines grünen Plastikschemels und durch Aufladung via meines seit Jahren erprobten 87-Megaohm-Widerstandes.

Der astronomische Widerstand

Seit 1996 hatte ich Astronomie betrieben, als Amateur mit CCD-Kamera. Infrarot-Objekte und Galaxien, mit Helligkeitsprofilen und Modellierung in Excel. Da sich bei uns sowohl das Wetter als auch die Lichtverschmutzung, die man-made-Jet-Streifen immer weiter verschlechterten, begann ich, die Aufnahmen ausschliesslich in New Mexico zu machen, abgelegen in einer Holzhütte 2.800 m hoch, und folglich sehr trocken.

In der Bücherei meines Gastgebers lag ein Teppichboden, bei dessen Begehen mit meiner wärmeisolierenden "Boots" sich beachtliche Spannung aufbauten, welche Lichtbögen über 2 cm Länge bewirkten. Kritisch war immer der Kaffeeautomat, der mit fast allen Teilen auf Masse lag, dito mein Gastgeber und sein Hund. Nur ich war ca. 20 kV von ihnen entfernt. Und wenn ich Kaffee gereicht bekam, fand erst einmal ein lauter Überschlag statt, und dann gab es im Plastikkaffeebecher immer eine größere Tsunami. Und wenn der Hund gestreichelt wurde, sprangen die Funken auch gelegentlich in seine feuchte Nase. Das konnte nicht mehr so weiter gehen.

Zuhause fand ich dann in einem Elektronikladen den dort höchsten Widerstandswert, aus einem Hochspannungsprojekt übriggeblieben. Dieser 87-Megaohm-Widerstand wurde in einen Holzhaltegriff eingebaut und war danach auf Reisen immer mit dabei. Ich konnte damit die Teelöffel in der Schublade liegen lassen, deren Entladung ja immer brutal war, mit starkem Zucken von Finger und Hand. Und den habe ich wieder ausgegraben und lade mich mit ihm auf und danach wieder ab (bzw. ent).

Die Haare zucken

Das Entladen lässich jetzt auch mit Konzentration stressfreier als mit dem Spannungsprüfer durchziehen. Zwar gab es am 87-Megaohm-Widerstand nur runde, keine Spitzen Enden, damit das Futter der Hosentaschen nicht strapaziert wurde, aber bei langsamer Annäherung begann erst das Sirren der Koronaentladung. Wenn dieses verstummt war, nochmals ein Stücke näher ran, dann der finale Kontakt mit kleinem Funken mit einer Schlagweite von nur noch 2 mm. Und hierbei, erst in diesem Moment, zuckte es in den Haaren, wenn die "Frisur" irgendwie irgendwie zusammenfiel.

Beim Aufladen war nichst zu spüren. Ich hatte ja extra den Spiegel mitgenommen, es sah so aus wie immer, wie immer auf Erdpotenzial. Dabei hatte ich extra die Haare gewaschen, und auch noch einen Kamm auf die Potenzial-Exkursion mitgenommen. Aber selbst das Wuscheligkämmen, lies keine Haare vom Kopf abstehen.

Es blieb also beim "Abstieg" als der einzigen abenteuerlichen Komponente.

Alles ist "relativ"

Noch mal hoch auf den Schemel. Und hinauf +18 kV. Es ist schön hier oben. Ich wuschel in dem Lamettaschopf. Wären nicht die weit abstehenden Lamettastreifen, es sähe aus, ich stünde nur auf dem Schemel und nicht gleichzeitig auch noch auf +18-kV-Potenzial. Eine Situation, die mich an die Relativitätstheorie von Einstein erinnert: Man befindet sich in einem geschlossenen Raum und wird leicht von unten angestaucht. Befindet man sich auf der Erde und wird durch Gravitationskraft zur Erde gezogen oder aber fliegt man in einer sich gerade beschleunigenden Rakete kopf voran durchs All? So ähnlich fühle ich mich hier oben.

Entladung etwas unbedacht (übermütig)

Ich entlade mich erneut mit dem 87-Megaohm-Widerstand, den ich zuerst auf die isolierende und isolierte Tischplatte auflegte und so genau definiert dem mit der Erdbuchse verbundenenund damit geerdeten Bananenstecker annähere. Als Allerstes höre ich ein Sirren auf der Tischplatte, danach geht es wie oben bereits beschrieben weiter.

Und noch mal hoch und runter. Jetzt steige ich aber ohne Entladung auf den Fußboden. Und nichts tut sich. Vielleicht war das eine sanftere, benutzerfreundliche Entladungsmethode, durch die recht hohen aber dennoch leitfähigen Widerstände von Fussbodenbelag und "Waschtichteppich".

Meine Meinung ändert sich radikal, als ich zum ersten Mal das Gehäuse der Netzteils anfasse, da müssen doch noch deutlich mehr als nur 2 kV auf meiner Pelle gewesen sein ("PATSCH und ZUCK").

Nochmal hoch zum Lamettaschopf

Mich hatte immer der Draht am PVC-Rohr hinauf gestört, der stark vom Rohr abstand und der jetzt mit einem Draht unten eng anliegend festgezurrt wird. Bei 18 kV findet wieder (teils heftiges) Wischen und Wedeln statt. Bei Annäherung mit dem Kopf höre ich lautes, hochfrequentes Zirren (fast Zischen) und überlagert leises Knattern.

Danach, wieder auf dem Fußboden, bekomme ich beim Berühren vom Gehäuse erneut ordentlich einen gewischt, obwohl ich mich diesmal "vorschriftsmässig" entladen hatte. Das kann nicht sein, ist aber so. Das heisst, sobald ich die "Erdnung" loslasse, werde ich umgehend wieder aufgeladen, vom wem oder was? Von dem Lamettaschopf. Zu dessen Lamettastreifenenden wehen permanent "meine" Elektronen hinüber, ich bin ja "negativ".

Und wenn ich mich unten stehend erde, fängt es sofort im Lamettaschopf an zu sirren, und die Lamettastreifen beginnen, sich zu bewegen.

Das merke ich auch, wenn ich mich, auf dem Boden aufhaltends, noch eine Zeitlang im "Wedelbereich" des Lamettaschopfes aufhalte. Nur wenige Sekunden reichen, schon bin ich wieder oben, in der Nähe von 18 kV. Zunächst tanzt das jeweils nächste Lamettastreifenende wie wild vor meiner Nase herum, steht schließlich fast still, aber das Ende knattert leise. Und egal, ob geladen oder nicht, empfinde ich vor dem Ende des Lamettastreifens angenehme Kühlung durch einen schwachen Windzug. Und die feinen Härchen auf der Gesichtshaut "kizzeln" ein wenig.

Das gesamte Badezimmer, um Umkeis von mehr als nur 1 Meter ist vom elektrischen Feld höherer Feldstärke erfüllt. Und ich als Experimentator laufe in diesem Feld als "Ion", als "Wanderer" drin herum. Ok, das war ein kleines Wortspiel. Aber es stimmt, ein Unbeteiligter wäre ich nur, befände sich der gesamte Versuchsaufbau in einem Faradayschen Käfig, oder ich ...

Lamettastreifen auf der Glatze

Aber noch bin ich integraler Bestandteil meines eigenen Versuchsaufbaus, bin gleichzeitig Subjekt und Objekt. Da ich die Haare auf dem Kopf nicht medienwirksam in die Höhe bekomme, klebe ich mir jetzt als Ersatzhaar einen Lamettastreifen auf die Stirn. Das kann ich im Spiegel und auch ohne diesen direkt mit den Augen sehen und auch fühlen, ohne hinschauen zu müssen.

Im neuen Versuchsaufbau des Tischs fehlt jetzt der Lamettaschopf: ich will die permanente Entladung über die scharfkantigen Enden der vielen Lamettastreifen unterbinden. Und steige jetzt auf den grünen Plastikschemel, lade mich auf 20 kV auf (die Spannung des Netzteils ist vermutlich auch wegen des geringern Stroms gestiegen). Ich berühre mit dem 87-Megaohm-Widerstand das Elektrometer, und habe nur kurzzeitig ein "Stromgefühl" an den Fingerknöcheln und ein äußerst subtiles "Haargefühl" auf dem Kopf, aber nichts lässt sich im Spiegel erkennen.

Dann wird hier oben der Tesafilmstreifen mit dem Lamettastreifen von der Stirn entfernt und oben, mitten auf meinen "Topsensor" (Glatze) geklebt. Und das ist jetzt wieder einmal ganz toll. der einzelne Lamettastreifen ragt steil auf, weist senkrecht von der Glase weg, eine angenehme Kopfmassage, weil der Streifen ständig im Kreis herum wedelt, aber immer nach oben, zur Decke gerichtet ist. Beim Entladen fällt der Streifen erst kurz vor dem finalen Kurzschluss mit Erde auf die Kopfhaut zurück.

Der Teufel mit dem Aluminiumhaar

Ich bin zwar (in meiner beschränkten Innensicht) kein Teufel, aber mir fällt jetzt auf einmal der Titel eines Märchens ein: "Der Teufel mit dem goldenen Haar". OK, mit Goldfolie lässt sich auch ein ein Elektroskop bzw. Elektrometer bauen. Bevor ich das hier niederschreibe, schaue ich auch im Internet auf einem Märchenportal bei den beiden Gebrüdern Grimm nach (es gab ja deren Drei, aber nur zwei haben die Märchen gesammelt und veröffentlicht). So erfahre ich dann auch, dass es richtig heisst (das Märchen): "Der Teufel mit den drei goldenen Haaren". Aber wie mein Selbstversuch zeigt, es funktioniert bereits mit nur 1 Ersatzhaar aus Alu.

Der Kopf als Kugelkondensator

Ganz zufrieden bin ich aber noch nicht, weil nicht immer das Ersatzhaar aus Alu, der Lamettastreifen, senkrecht nach oben zeigt. Bis ich merke, der Streifen weist immer senkrecht von der Oberfläche meines Kopfes weg, stehe ich aufrecht, ist der Kopf mit Glatze genau oben, und dann zeigt der Streifen nach oben, neige ich den Kopf, weist der nun geneigte Streifen in eine andere Richtung, aber immer gilt: der auf dem Kopf aufgeklebte Lamettastreifen steht immer senkrecht auf der Kopfoberfläche. Wie bei einem Kugelkondensator.

Elektrostatik für Single

Und ich finden diesen Versuch nun noch einen Tick besser, als bisher gedacht. Dieser Versuch mit Lamettahaar und Spiegel ist genau die Antwort auf die inzwischen 50 % Single-Haushalte, die solche Versuche (männliche Experimentatoren für die Formulierung unterstellt) ohne weibliche Assistenz durchführen müssen.

Ohne Lamettaschopf keine Korona"aufladung"

Zurück auf dem Fußboden stelle ich außerdem fest, dass ich mich nicht mehr (wie zuvor mit angeschlossenem Lamettaschopf) auflade. Ich kann jetzt ziemlich viel machen, ohne einen gewischt zu bekommen. Die Ladung bleibt auf dem zweiten Kugelkondesator und auf dem Elektrometer sitzen, der Aufwand von hier zu einer Flucht mittels Koronaentladung ist jetzt viel zu hoch, in Ermangelung von scharfen Kanten der fehlenden Lamettastreifen findet jetzt keine Sprühentladung mehr statt.

Lamettastreifen auf dem Kugelkondensator

Der Lamettastreifen wird nun vom "Topsensor" herunter geholt und oben auf dem ersten Kugelkondesator befestigt. Bei 18 kV zeigt der Streifen zunächst senkrecht nach oben, beginnt dann aber eine Pendelbewegung zwischen links und rechts, immer in derselben Ebene, also keine kreiselnde Bewegung.

Dann kommt er dem zweiten Kugelkondesator zu nahe, ein Knall, Lichtbogen und Kurzschluss. Und sofort ändert sich das gesamte Erscheinungsbild. Der Lamettastreifen steht jetzt waagerecht ab und schwingt (bei Veränderung der Spannung) wie ein einseitig eingespannters Stab bzw. Seil. Mit der Spannung lassen sich mehrere seiner Resonanzsfrequenzen erkennen und über längere Zeit diese jeweilige Resonanz beibehalten.

Lamettastreifen im Bogen zwischen beiden Kugelkondensatoren

Nun erniedrige ich die Spannung und führe den Lamettastreifen mit dem Kunststofflineal so, das er auf der Oberfläche des zweiten Kugelkondesators (Kk) "kleben" bleibt, aber mit ausreichend "Stoff", schlaff zwischen beiden Kugelkondesatoren herunter hängt.

Die Spannung wird wieder erhöht. Bei 5 kV erfolgt ein kurezs Zucken. Bei 15 kV hebt sich der Streifen etwas vom ersten Kk etwas ab, sein freier Teil wölbt sich nun im Bogen nach oben. Bei 18 kV hebe ich den noch auf dem zweiten Kk "klebenden" Teil des Streifens leicht an (so dass aber noch der Streifen mit seinem Ende am Kk hängen bleibt. Jedenfalls habe ich das vor. Als ich aber auf 2 cm heran bin, befreit sich der Lamettastreifen bis auf seinen beiden Enden vollständig von den Oberflächen beider Kk, und ein volllständiger großer Bogen spannt sich senkrecht nach oben.

Beim Entladen mit der geerdeten Spitzeneletrode nach Zurückfahren der Spannung am Netzteil reisst der Lamettastreifen einseitig ab.

Ein Kugelkondensator in Frischhaltefolie

Auf meiner Agende stehen jede Menge kleiner Versuche in Stichworten oder mit Skizze ohne Worte. Ein solcher Versuch hat zum Ziel, einen Kugelkondesator mit dünner Frischhaltefolie einzuhüllen und dann Durchschlagversuche mit der geerdeten Spitzenelektrode vorzunehmen. Ansich überflüssig. Neues, zumindest Spektakuläres, ist nicht zu erwarten. Einzige Motiviation jetzt zu fortgeschrittener Zeit ist, endlich mal von diesem Ideenstau herunter zu kommen. Die Folie liegt seit mindestens zwei Wochen störend auf dem Tisch im Weg, um sie auch ohne Blick auf die Zettel ja nicht zu vergessen.

Und wieder erweist sich wie schon viele Male zuvor, so ein kleiner "überflüssiger" Versuch als äußerst ergebig und schafft es jetzt hier auch in die Spitzengruppe, in die "charts" meiner Hochspannungsversuche.

Ich gebe mir beim Einpacken a la Christo keine sonderliche Mühe: Folie rüber und unterhalb der Kugel am Stiel mit Tesafilm grob zusammen geklebt, die Folie soll ja nicht abheben und wegfliegen. Und weil es schwierig und spät ist, streiche ich die Folie nicht glatt. Und genau dadurch ergeben sich interessante Anblicke.

Der Kugelkondesator wird auf +5 kV geladen. Jetzt erst ereignen sich Überschläge von der geerdeten Spitzenelektrode zur Kugel oder auch nur zu Folie auf der Kugel. Bei +15 kV erfolgt Koronaentladung (hörbar) ab ca. 20 mm. Und ab 3 mm stellt sich leises Knattern (Überschläge) und beginnendes Brozzeln ein. Das ist alles bekannt, und schon denke ich, dass sich nichts Weiteres mehr ereignet, als lange, helle, blaue und knallende Funkenüberschläge auftreten, wie ich sie selten zuvor nur beobachten konnte, die grössere Strecken entlang der Folie springen. Ich setzte meine UV-Schutzbrille auf. Da ist sie wieder, die gesteigerte Neigung, entlang der Oberfläche von Dielektrika zu springen, was (auch) auf die gesteigerte Kapazität (größere Ladungsmenge speichernd) als Folge des Dielektrikus "Frischhaltefolie" zurück zu führen ist.

Die Bergprüfung

Die obligatorische Ortsveränderung der Spitze an der Folie entlang, lässt erkenne, dass Fehlstellen (Löcher) im Dielektrikum bestanden oder durch den Versuch erst entstanden ist. Denn die entstehenden Lichtbögen hängen einseitig auf der Oberfläche des Kugelkondesators fest, wie ich das schon bei einem anderen "Folienversuch" feststellen konnte.

Der noch am ersten Kugelkondesator (Kk) festgeklebte Lamettastreifen hat sich zum zweiten Kk bewegt. Dieser Streifen weicht der geerdeten Spitzenelektrode aus, vermutlich weil aus der Kathode so viele Elektronen entweichen, dass ein Elektronenwind entsteht und den Streifen wegbläst.

Beim Abheben mit dem Lineal aus Kunststoff ist schon etwas Kraft erforderlich, die "elektrostatische Kraft" dort zu überwinden.

Bei jetzt +18 kV treten kräftige, laut knallende Überschläge mit einer Schlagweite von mehr als 12 mm auf, die tlw. der Folienoberfläche entlang, sogar den tiefen Falten folgend, tlw. aber auch eine Abkürzung nehmen und ein tiefes Faltental überspringen. Das hatte ich so noch nicht gesehen. Das ist wirklich toll und lädt zum längeren Experimentieren (Spielen). Dabei werden bestimmt auch reichlich UV-Quanten abgestrahlt.

Arbeitsschutz durch Sonnenbrille und Schutzfaktor "x20"

Am Ende dieses Versuchs habe ich wieder einmal das Gefühl von gespannter Haut, offenbar wieder ein kleiner "Funkenbrand". Hätte ich mich doch besser vorher mit "x20" eingecremt. Aber das konnte ja auch keiner ahnen.

Findet bei kürzester Entferung ein erster Durchschlag durch die Folie statt, wird es dort auf der Kugeloberfläche kurzzeitig sehr hell. Dieser Punkt auf dem Metall der Kugel ist ja die Anode, die ja laut Lehrbuch erheblich heisser ist als die Kathode gegenüber. Schön auch das in einem klein Versuch einmal (erneut) beobachten zu können.

Ausklang

Hätte ich (als ordentlicher, pendatisch exakter) Mensch die Folie, wie oben bereits erwähnt, ganz eng und faltenlos glatt um die Metallkugel des Kugelkondesators herum gelegt, wäre mir Vieles für mich Neues entgangen. Dies einmal ein Argument nicht gegen, sondern für "quick und dirty". Man spricht in der Elektronik ja auch öfters Mal von Schmutzeffekten, die kultiviert und auf Höchstleistung getrimmt oftmals eine ganz neue Klasse von Bauelementen hervorbrachten.

Ich wünsche Euch nach all diesen Erfahrungen viel Spielfreude mit Elektrostatik. Und, probiert ALLES aus, was sich anstellen lässt.

Gruss
Hans-Günter

[Physikfan]

Lieber Hans Günter

Bei Experimenten mit Bandgenerator, Influenzmaschine etc. habe ich sowohl Aufladung als auch Entladung IMMER über einen trockenen Holzstab durchgeführt,
um eben solche Schläge zu vermeiden.

Mach bitte folgenden Versuch:

1. Verbinde eine Leidener Flasche bekannter Kapazität (etwa 2500pF) mit Deinem Elektrometer.
2. Lade den Kondensator auf 18kV auf.
3. Entlade den Kondensator über Deinen a) 2GOhm, b) 87MOhm und bestimme die Zeit mit einer Stoppuhr, die vergeht bis zum Ausschlag von 9kV des Elektrometers.
4. Daraus läßt sich die Kapazität des Kondensators messen, oder Du hast ein RCL Meßgerät sowiso zur Verfügung.
5. Mach das Gleiche mit einem c) trockenen Holzstab von 1 m Länge.
6. Berechne den Holzstabwiderstand mit folgender Beziehung.

U(t) = U(0) exp(-t/(R*C))

U(0) = 18kV
U(t) = 9kV

Du hast dann 1/2 = exp (-t/(R*C))
ln(0.5) = -t/(R*C)
0,693 = t/(R*C)
C*0,693 = t/R

t mißt Du mit der Stoppuhr
Einmal für R = 87MOhm,
dann R = 2GOhm, Du bekommst dann C.


und dann kommt der Holzstab zum Einsatz.
Sei gespannt auf seinen Widerstand.

Viel Vergnügen

Physikfan