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1 Demonstrationsexperimente - Elektrizität - Bogenentladung zwischen Kohleelektroden In diesem on Sat Aug 02, 2014 9:29 am

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Kurzbeschreibung:
In diesem Experiment wird eine Bogenentladung zwischen zwei Kohleelektroden gezeigt. Die dazu nötige Hochspannung wird mit einem  Hochspannungstransformator erzeugt.


Material:

  • Verteiler mit zweifachem Schalter (siehe Hinweis!)
  • Spule 600 Wdg.
  • Spule 10000 Wdg.
  • U-Kern
  • Eisenkern
  • Spannvorrichtung
  • 2 Tonnenfüße
  • 2 Isolierstützen
  • 2 Kohleelektroden mit Halterung
  • Warnschild:  Hochspannung - Lebensgefahr!

WICHTIGER HINWEIS: Beim Verteiler muss darauf geachtet werden, dass beide Leitungen durch den Schalter unterbrochen werden. Am besten kontrolliert man dies, indem man den Verteiler aufschraubt. 
Werden beide Leitungen durch den Schalter unterbrochen, so weist dies darauf hin, dass die Phase durch diesen beim Ausschalten unterbrochen wird, egal wie der Stecker in die Steckdose gesteckt wird.
Um ganz sicher zu gehen, werden mit dem Multimeter  die Widerstände der Phasen zwischen Stecker und Steckdose gemessen. Bei eingeschalteter  Schalterstellung beträgt der Ohmsche Widerstand der Phasen ungefähr 0. Ist der Schalter ausgeschaltet, muss der Widerstand beider Phasen unendlich sein, denn nur dann werden beide Phasen durch den Schalter unterbrochen.


Aufbau:
Die Primärspule mit 600 Windungen wird direkt am Verteiler, der mit der "Steckdosenspannung" von 230 Volt versorgt wird,  angeschlossen. Dabei achte man darauf, dass der Schalter auf AUS gestellt ist!
An die Sekundärspule werden die in den Isolierstützen gehaltenen Kohleelektroden angeschlossen. 
Da bei dieser Versuchsanordnung hohe und lebensgefährliche Spannungen auftreten, sollte mit äußerster Vorsicht gearbeitet und mit einem Schild explizit darauf hingewiesen werden.


Durchführung:
Zuerst wird der Schalter des Verteilers betätigt. Nun bringt man die Spitzen der Kohleelektroden in Kontakt und zieht sie dann langsam auseinander.  In dieser Versuchsanordnung kann der Abstand der beiden Kohleelektroden bis zu 2 cm betragen, ohne dass der Lichtbogen abreißt.
ACHTUNGBeim Verschieben der Kohleelektrode nur mit einer Hand den Tonnenfuß anfassen! Die andere Hand auf den Rücken legen!


Auswertung:
Ist die Zahl der Windungen der Sekundärspule (10000 Wdg.) eines Transformators verglichen mit der Windungszahl der Primärspule (600 Wdg.) sehr groß, so entsteht sekundärseitig eine sehr hohe Spannung (~ 3800 V!). Der Transformator ist dann ein Hochspannungstransformator. 
Die sehr hohe Spannung zwischen zwei gezündeten Kohleelektroden bewirkt eine Bogenentladung. Beim "gezogenen" Bogen ist keine Zündspannung erforderlich, sondern nur ein genügend starker Strom, damit bei losem Kontakt die Elektroden zum Glühen kommen.


Physikalischer Background:
Der umzuformende Wechselstrom durchfließt die Primärspule und erzeugt im Eisenkern ein Magnetfeld wechselnder Richtung. Dieses Magnetfeld durchsetzt auch die zweite Spule (die Sekundärspule) und erzeugt daher in dieser eine Induktionsspannung wechselnder Richtung. Bei unbelastetem Transformator, d.h. wenn sekundärseitig kein oder nur ein sehr schwacher Strom fließt, verhalten sich die Spannungn an den Spulen wie die Windungszahlen der Spulen:
U1  . . . Spannung an der Primärspule 
U2  . . .  Spannung an der Sekundärspule 
n1  . . .  Windungszahl der Primärspule 
n2  . . .  Windungnszahl der Sekundärspule
Die Bogenentladung bei Kohleelektroden beruht im wesentlichen auf der hohen Kathodentemperatur, die durch die aufprallenden Ionen erzeugt wird (thermische bzw. thermoionische Elektronenemission). Den Hauptanteil der Ionisierung bewirken die Zusammenstöße von Atomen bzw. Molekülen untereinander.]

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