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Experimente mit dem Funkeninduktor


ACHTUNG, Experimente mit Hochspannung sind gefährlich!


Im folgenden werden einige Experimente mit dem Funkeninduktor demonstriert.
Zur Durchführung der Experimente wurde der klassische Unterbrecher überbrückt und stattdessen eine elektronische Ansteuerung verwendet. Die elektronische Ansteuerung ermöglicht es, sowohl die "Unterbrecherfrequenz" in gewissen Grenzen zu ändern, als auch die in den Funkeninduktor primärseitig eingeprägte Energie zu steuern.
Bild: Funkeninduktor: Aufbau Bild: Funkeninduktor: überbrückter Unterbrecher
Ein komplettes Video (in englischer Sprache) ist in YouTube eingestellt.


Experiment 1:
Betrieb bei Elektrodenabstand 10 cm und unterschiedlichen Unterbrecherfrequenzen

Im Experiment wird zuerst schrittweise die eingeprägte Energie erhöht. Dies geschieht dadurch, dass die Dauer, für die der primäre Stromkreis geschlossen ist, erhöht wird. Mit der Dauer steigt der Endwert des Primärstromes und damit die in den Funkeninduktor eingeprägte Energie.
Zu Beginn reicht die Energie nicht aus, um nach Unterbrechung des primären Stromflusses, einen sekundären Funkenüberschlag zu provozieren. Der Abstand der Elektroden beträgt hier etwa 10 cm. Erst wenn die Energie, und somit die induzierte Sekundärspannung, groß genug ist, springt der Funke über. Für die Spitze–Platte Anordnung ist dabei eine Hochspannung von schätzungsweise 60000 V erforderlich.
Nachdem die notwendige Energie erreicht ist, wird die Unterbrecherfrequenz erhöht. Die Anzahl der einzelnen Funkeüberschläge pro Zeiteinheit wird immer höher. Durch die Trägheit des Auges erscheint es für den Betrachter so, als würden gleichzeitig mehrere Funken überspringen.

Bild: Funkeninduktor: Energie zu gering für Überschlag Bild: Funkeninduktor: mit niedriger Unterbrecherfrequenz Bild: Funkeninduktor: mit hoher Unterbrecherfrequenz
    Energie zu gering für Überschlag     mit niedriger Unterbrecherfrequenz     mit hoher Unterbrecherfrequenz
Bild: Funkeninduktor: mit niedriger Unterbrecherfrequenz Bild: Funkeninduktor: mit hoher Unterbrecherfrequenz
    mit niedriger Unterbrecherfrequenz     mit hoher Unterbrecherfrequenz

Video zum Experiment 1
Download (20,2 MByte)

Hier ein paar weitere Bilder:
Bild: Funkeninduktor in Betrieb Bild: Funkeninduktor in Betrieb Bild: Funkeninduktor in Betrieb


Experiment 2:
Vorzugspolarität bei Entladung.

Dieses Experiment zeigt, dass es für Funkenüberschläge bei einer Spitze – Platte Anordnung eine bevorzugte Polarität gibt.
Hierzu muss man sagen, dass der Funkeninduktor natürlich nicht wirklich eine Gleichspannung liefern kann. Jedoch entsteht, je nach primärer Stromrichtung, nach der Unterbrechung eine entsprechend umgekehrt gepolte sekundäre Spannungsspitze.
Ist der positive Pol an die spitze Elektrode angeschlossen, so ist eine deutlich geringere Spannung für den Funkenüberschlag notwendig, als wenn der positive Pol an die flächenhafte Plattenelektrode angeschlossen wird.
Während bei positiver Spitze die Funken auf die gesamte Plattenfläche auftreffen, berühren bei positiver Platte die Funken nur den Rand der Platte.

Bild: Funkeninduktor: Entladung bei positiver Spitze Bild: Funkeninduktor: Entladung bei positiver Platte
    Entladung bei positiver Spitze     Entladung bei positiver Platte

Video zum Experiment 2
Download (20,8 MByte)


Experiment 3:
Isolationsfähigkeit eines Isolators.

Dieses Experiment demonstriert, dass die Isolationsfähigkeit eines Isolators von dessen Position im elektrischen Feld abhängt. In der Mitte zwischen den Elektroden ist die Feldstärke am geringsten. Die Isolation hält stand. Bringt man den Isolator in die Nähe der Elektroden, wird trotz unveränderter Induktorspannung die Isolation durchschlagen. Dies ist dadurch zu erklären, dass die Feldstärke in der Nähe der Elektroden viel höher ist, als in der Mitte zwischen den Elektroden.

Bild: Funkeninduktor: Isolator in der Mitte Bild: Funkeninduktor: Isolator nahe der Spitze Bild: Funkeninduktor: Isolator nahe der Platte
    Isolator in der Mitte     Isolator nahe der Spitze     Isolator nahe der Platte

Video zum Experiment 3
Download ( 7,8 MByte)


Experiment 4:
Wärmewirkung der Funkenentladung.

Dieses Experiment demonstriert die Wärmewirkung der Funkenentladung.
Der Abstand der Elektroden des Funkeninduktor wurde dazu ein wenig verringert.
Bei niedriger Unterbrecherfrequenz wird das Papier vom Funken nur durchschlagen. Die durch die Einzelfunken abgegebene Wärmenergie reicht nicht aus, um das Papier zu entflammen.
Erhöht man nun die Unterbrecherfrequenz, so wird durch die erhöhte Anzahl der Durchschläge auch die an das Papier abgegebene Wärmemenge erhöht. Das Papier beginnt vorerst lokal zu verkohlen. Es bilden sich Brandlöcher aus.
Bei einer weiteren Erhöhung der Unterbrecherfrequenz kommt es schließlich zu einer Art Vergasung. Es bilden sich elektrisch besser leitende Gase, so dass der Funkendurchschlag in einen Lichtbogen übergeht. Die Energie des Lichtbogens ist dann hinreichend, um das Papier endgültig zu entflammen.

Bild: Funkeninduktor: Einzelne Funkendurchschläge Bild: Funkeninduktor: Häufigere Funkendurchschläge Bild: Funkeninduktor: Entflammung durch Lichtbogen
    Einzelne Funkendurchschläge     Häufigere Funkendurchschläge     Entflammung durch Lichtbogen
Bild: Funkeninduktor: Entflammung durch Lichtbogen
    Entflammung durch Lichtbogen

Video zum Experiment 4
Download (10,4 MByte)



Weiterführende Links

http://de.wikipedia.org/wiki/Funkeninduktor
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http://www.jogis-roehrenbude.de/Bau_eines_Funkeninduktors
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http://www.rapp-instruments.de/Funkeninduktor
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http://www.technik-museum.ch/Funkeninduktoren
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