Experimente mit Hochspannung

Erstellt am 20.11.2006

Warnung:

Ich werde hier nur die Bilder von meinen Experimenten und das Grundprinzip darstellen. Da diese Experimente bei falscher Durchführung lebensgefährlich sind! Ich werde hier keinen Schaltplan zeigen (aber auch aus dem Grund, dass ich den Schalplan von http://mosfetkiller.de habe). Auf dieser Seite findet ihr den Schaltplan und alle nötigen Infos solltet ihr das nachbauen wollen.
Aber denkt daran: Strom wird ab etwa 24V und 50mA gefährlich. Die Spule liefert geschätzte 20.000 - 30.000V.

Prinzip der Schaltung

Um Hochspannung für zu Hause zu erzeugen braucht man nichts weiter als eine alte Zündspule (z.B. von einem Unfallwagen, oder eBay für wenige Euro), einen Frequenzgenerator für ein asynchrones Rechtecksignal und einen entsprechend groß dimensionierten Transitor (MOSFET) um die Spule anzusteuern. Dabei ist wichtig, dass die Spule eine lange Periode geladen wird und eine kurze Periode möglichst schnell entladen. Weil beim abbauen des Magnetfelds ein Strom entgegen gesetzt der Spannung induziert wird, mit der das Magnetfeld aufgebaut wurde nimmt man einen Kondensator um diesem Strom entgegen zu wirken. Der Kondensator bildet aber auch zusammen mit der Spule einen eigenen Schwingkreis (Stichwort: Komplexe Wechselstromberechnung und LC-Glied).
Die Spule wird also folgendermaßen angesteuert: zuerst wird die Primärspule mit 12V und GND versorgt. Dadurch baut sich in ihr ein Magnetfeld auf, bis der maximale Strom und das maximale Magnetfeld erreicht sind. Dann wird sie sehr schnell entladen, wodurch in der Sekundärwicklung die Hochspannung induziert wird. Genauso funktioniert das auch im Auto. Hier muss der Unterbrecher nur noch so eingestellt werden, dass die Spule im genau richtigen Moment die Spannung zur verfügung stellt. Je schneller der Motor dreht umso kürzer ist die Ladezeit und umso geringer fällt auch die Spannung aus.

Zu den Bildern

Einfach anschauen und staunen ;-)

Jakobsleiter 1 Jakobsleiter 2
Das hier ist der Versuch einer Jakobsleiter... ...leider geht sie nicht sonderlich hoch...
Jakobsleiter 3 Lochrasterplatine unter Strom
...aber das liegt an der zu 'geringen' Spannung. Hier eine Lochrasterplatine unter Strom
LED an 30kV Plasmaglühbirne
Und weils so lustig ist: eine LED geht auch noch bei 30.000Volt! und zum Schluss: die Plasmaglühbirne

Versuche mit dem Dipol Wasser

Ein neues Experiment, was mir mit dieser Spule eingefallen ist, ist ein Versuch mit Wasser im Elektrischen Feld. Diesen Versuch hatte ich bereits schonmal im Chemie-Unterricht durchgeführt, allerdings anstatt mit einer Spule mit einem Plastik-Stab. Dieser wird heftig an einem Fell gerieben, sodass er sich elektrostatisch auflädt. Dann hält man den galdenen Stab an einen dünnen Wasserstrahl, der sich daraufhin zum Stab hin krümmt.
Das ist aufgrund der Struktur des Wassers so: Wasser ist ein Dipol, d.h. die Ladungsverteilung des Moleküls ist nicht überall gleich. Es gibt eine positive Seite und eine Negative: Der Sauerstoff im H2O-Molekül ist elektronegativer als das Wasserstoffatom. Deswegen werden die Bindungselektronen stärker zum Sauerstoff hingezogen und das Molekül ist auf dieser Seite leicht negativ geladen. Andersrum ist es bei den H-Atomen etwas positiver.
Hält man nun einen geladenen Stab in die nähe eines Wasserstahls, werden die Moleküle davon angezogen und der Strahl krümmt sich. Und genau das hab ich mit meiner Spule auch versucht:

Erklärung
(Bild anklicken für eine große Ansicht!)

Aus dem oberen Lego-Schlauch kommt das Wasser und wird durch das kleine gelbe Stückchen Isolierung nochmals weiter in seinem Durchmesser eigeschränkt. Dadurch erhalte ich einen schön dünnen Strahl.
Der graue Schlauch ist die Isolierung für das Kabel, was dann geladen wird (das Kabel ist insgesamt durch drei Schichten Isoliert, da vorher immer duch den Mantel Funken auf das Wasser übergeschlagen sind und der Strahl wieder gerade wurde - erst durch diese dicke Isolierung passiert nichts mehr ;-).
Und was passiert, wenn man jetzt das Wasser fließen lässt und die Spule einschaltet (somit wird das Kabel geladen, wie der Plastikstab), das zeigen die Fotos unten

Fotos von Dipol-Versuchen

Das erste Foto zeigt nochmal die Platte auf der ich die Spule + Schaltung mit MOSFET (hinter dem dicken Kühlkörper) aufgebaut hab. Ja ihr seht richtig ^_^ das ist ein verbrannter Marshmallow....hehe, wollte damals mal probieren, ob man das Grillen von den Dingern nicht beschleunigen kann (übrig geblieben ist allerdings nur reiner Kohlenstoff - hab ich wohl etwas übertrieben).

Zündspule

Das zweite Bild zeigt den gesamten Versuchsaufbau. Weil ich nix besseres zur Hand hatte musste eben Lego herhalten; hat aber den Vorteil, dass es nichtleitend ist.
Man sieht jedenfalls den Trichter in den ich das Wasser schütte, was dann über den Schlauch zum Kabel geleitet wird. Das ist dann links mit dem Kabel der Spule verbunden. Oben hab ich noch das Erdungskabel in den Trichter gesteckt, damit das Wasser nicht irgendwie aufgeladen wird oder schon vorher irgendwie geladen ankommt. So funktioniert das Experiment sehr gut:

Versuchsaufbau

Schließlich zwei Bilder, von der ganzen Sache in Action: Man sieht wunderbar, wie der Wasserstrahl sich um den Draht krümmt. Und jedesmal, wann der Trichter dann fast leer ist und nur noch Tropfen herauskommen, werden diese Tropfen sogar an den Draht direkt angezogen: daher auch der Tropfen an dem grauen Schlauch:

Versuch wird durchgeführt 1 Versuch wird durchgeführt 2

Und wenn ihr noch mehr wissen wollt, dann kann ich diese Seite noch empfehlen: Das Dipol-Molekül Wasser

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