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Fric
Gast
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 Fric Verfasst am: 25. Apr 2013 17:19 Titel: Spannungserzeugung am faradayschen Käfig (& Kapazität) |
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Hallo,
hat jemand hier ne Idee, was passiert, wenn ich die Innenseite eines faradayschen Käfigs mit Elektronen beschieße?!
Da das Innere ja immer Feldfrei sein soll, müssten sich doch beliebig viele Elektronen aufbringen lassen, die sich dann an der Außenseite sammeln.
Dadurch würde die Spannung aber ins unendliche steigen, theoretisch...
Zumindest habe ich noch nie davon gehört, dass man einfach eine HV-Quelle an einen faradayschen Käfig halten kann und darauf an der Außenseite eine höhere Spannung abgegriffen werden kann...
Eventuell ist der Bandgenerator bekannt. Im Prinzip funktioniert der so. Eine geringe Hochspannung schießt Elektronen auf ein Band. Dieses transportiert sie zu einem faradayschen Käfig, wo sie dann sozusagen abgestreift werden, bis die Spannung so groß ist, dass es zum Durchschlag kommt.
Allerdings kann man offenbar nicht direkt die HV-Quelle an den Käfig halten. Warum???
Und nochetwas am Rande: Wie berechnet man wohl die Kapazität eines faradayschen Käfigs?! Der Einfachheit halber in Kugelform..
Also welche Spannung ist abzugreifen, wenn ich eine best. Ladung aufbringe?!?
Jede Idee ist gern gesehen, ich habe nämlich keine...
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 25. Apr 2013 17:32 Titel: |
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Du kannst durchaus die Hochspannung direkt an die Kugel anlegen. Es könnte jedoch - je nach Geometrie des Hochspannungsanschlusses - schon an der Hochspannungsklemme zu einer Funkenentladung kommen, bevor dies an der Kugel geschieht.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 25. Apr 2013 17:58 Titel: Re: Spannungserzeugung am faradayschen Käfig (& Kapazitä |
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| Fric hat Folgendes geschrieben: | hat jemand hier ne Idee, was passiert, wenn ich die Innenseite eines faradayschen Käfigs mit Elektronen beschieße?!
Da das Innere ja immer Feldfrei sein soll, müssten sich doch beliebig viele Elektronen aufbringen lassen, die sich dann an der Außenseite sammeln.
Dadurch würde die Spannung aber ins unendliche steigen, theoretisch.... |
Wenn du die Innenseite ursprünglich ungeladenen faradayschen Käfigs beschießt, dann wird seine Spannung konstant bei Null bleiben, falls du dies von innen tust und die Gesamtladung des Käfigs unverändert bleibt.
Beschießt du das Innere des Käfigs von Außen, ladest du diesen negativ auf, in diesem Video kann man sehen, dass die Geschwindigkeit(Masse) der Elektronen erhöht werden muss, sonst verfehlen diesen den aufgeladenen Käfig.
http://www.youtube.com/watch?v=biWUP1uQHeo
Prinzip von einem Tropf- Kelvingenerator wird hier erklärt
http://www.youtube.com/watch?v=68Uy-62m__A
Krümmung des Käfigs bestimmt die Ladung bzw. Spannung die der Käfig halten kann.
| Beschreibung: |
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen.
Zuletzt bearbeitet von D2 am 26. Apr 2013 20:51, insgesamt einmal bearbeitet |
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 26. Apr 2013 17:32 Titel: |
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Danke Leute,
GvC: Kannst du mir kurz eine Herleitung dafür geben?! Irgendwie kommts mir so vor als hätte ich die Formel schon mal gesehen..
Also wenn ich die Hochspannung an die Innenseite halte, sollten doch keine Elektronen von der Kugel abfließen können, da das Innere ja feldfrei ist..
Hier ein idealisiertes Experiment dazu: Man nehme eine leitende Kugel mit kleiner Öffnung damit Elektronen die Innenseite überhaupt erreichen können..(z.B. über ein Kabel, das durch die Öffnung geführt wird und an der Innenseite befestigt ist). Jetzt beschichten wir das alles mit einem Isolator gegen ungewollte überschläge.
Jedes Elektron, dass nun die Innenseite erreicht sollte nun auf der Außenseite "gefangen" werden. Da keine Elektronen abfließen können sollte sich die Spannung (gegenüber Erde) bis ins unermessliche steigern...
Also eine Art ideale Elektronenfalle...
D2: Also sofern ich dich richtig verstanden habe stimmt das ja schonmal nicht. Wenn ich der Innenseite Elektronen zuführe bekomme ich natürlich irgendwann einen gewischt. Das lässt sich im Experiment bestätigen...
nur steigt die Spannung nicht wie sie will...
Und was hat der Kelvin-Generator damit zu tun...?!?
Aber das bringt mich auf eine weitere Idee... Da es ja immer mal freie Elektronen gibt, sollte sich diese Elektronenfalle doch stets "aufladen", denn runter kann keiner, aber drauf geht immer....
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 26. Apr 2013 20:50 Titel: |
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| Fric hat Folgendes geschrieben: | Hier ein idealisiertes Experiment dazu: Man nehme eine leitende Kugel mit kleiner Öffnung damit Elektronen die Innenseite überhaupt erreichen können..(z.B. über ein Kabel, das durch die Öffnung geführt wird und an der Innenseite befestigt ist). Jetzt beschichten wir das alles mit einem Isolator gegen ungewollte überschläge.
Jedes Elektron, dass nun die Innenseite erreicht sollte nun auf der Außenseite "gefangen" werden. Da keine Elektronen abfließen können sollte sich die Spannung (gegenüber Erde) bis ins unermessliche steigern...
Also eine Art ideale Elektronenfalle...
Und was hat der Kelvin-Generator damit zu tun...?!?
Aber das bringt mich auf eine weitere Idee... Da es ja immer mal freie Elektronen gibt, sollte sich diese Elektronenfalle doch stets "aufladen", denn runter kann keiner, aber drauf geht immer.... |
Mit welcher Art von Kraft und vor allem wie, hast du vor die Elektronen ins Innere des F. käfigs zu schieben? Elektrische, mechanische, chemische Kraft?
In deine Elektronenfalle landen gerne , positiv geladenen Ionen und Positronen, die Elektronen werden deine Falle meiden wollen.
Kelvin Generator erzeugt auch negative Ladungen die sich weigern Potenzialle aufzubauen. Es gibt selten Energie zu Nulltarif.
F. Käfig negativ geladen stoßt alle Elektronen(die von Außen kommen) von sich ab(befor die Elektronen überhaupt den F. Käfig berühren können), da muss man sich Gedanken machen, wie man diese abstoßende(mit jedem weiteren Elektron steigende) elektrostatische Kraft überwinden möchte.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 26. Apr 2013 21:15 Titel: |
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| Zitat: | | Mit welcher Art von Kraft und vor allem wie, hast du vor die Elektronen ins Innere des F. käfigs zu schieben? Elektrische, mechanische, chemische Kraft? |
Alle 3 zusammen. Bzw. such dir eine aus. Das spielt doch keine Rolle.
| Zitat: | | In deine Elektronenfalle landen gerne , positiv geladenen Ionen und Positronen, die Elektronen werden deine Falle meiden wollen. |
Soso. Na dann wärs ja keine Elektronenfalle...
| Zitat: | | Kelvin Generator erzeugt auch negative Ladungen die sich weigern Potenzialle aufzubauen. |
Und der Überschlag kommt wodurch zustande...!? ..spontan sicher nicht.
| Zitat: | | F. Käfig negativ geladen stoßt alle Elektronen(die von Außen kommen) von sich ab(befor die Elektronen überhaupt den F. Käfig berühren können), da muss man sich Gedanken machen, wie man diese abstoßende(mit jedem weiteren Elektron steigende) elektrostatische Kraft überwinden möchte. |
Jaja, darum werden sie ja auch nach innen geleitet...
Stells dir einfach so vor: Du befindest dich in einer großen Metallkugel, die ihrerseits im leeren Raum schwebt. Mit deinem Dynamo erzeugst du freie Elektronen, die auf ihrem Weg ingendwann die Innenwand erreichen. Und das geht immer, da das innere immer feldfrei ist! Zufrieden?!
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 26. Apr 2013 21:36 Titel: |
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| Fric hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | Mit welcher Art von Kraft und vor allem wie, hast du vor die Elektronen ins Innere des F. käfigs zu schieben? Elektrische, mechanische, chemische Kraft? |
Alle 3 zusammen. Bzw. such dir eine aus. Das spielt doch keine Rolle.
Stells dir einfach so vor: Du befindest dich in einer großen Metallkugel, die ihrerseits im leeren Raum schwebt. Mit deinem Dynamo erzeugst du freie Elektronen, die auf ihrem Weg ingendwann die Innenwand erreichen. Und das geht immer, da das innere immer feldfrei ist! Zufrieden?! |
Elektrische Kräfte werden es nicht schaffen die Elektronen über einen Draht in Innere des F. Käfig reinzuschieben da diese Elektronen über gleichen Draht abfließen werden. Zusätzlich bekommst du Probleme überhaupt elektrischen Strom über den Draht aufzubauen(die Stromkreise die wir kennen sind meistens geschlossene Kreise)
Ich bin nicht zufrieden! Warum willst du nicht verstehen, dass das Innere der Metallkugel positiv aufgeladen wird, wenn du beginnst die Elektronen zu äußere Wand der Kugel zu verschieben? Du erzeugst einen Kugelkondensator, die elektrische Linien verlaufen in der Kugel selbst und werden durch positive Ladungen erzeugt die in der Mitte der Kugel übrig geblieben sind, nachdem die Elektronen das Innere der Kugel verlasen haben. Von außen gesehen ist die Kugel immer noch neutral geblieben.
Also bleibt die Spannung außerhalb der Kugel bei 0 Volt.
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 26. Apr 2013 22:14 Titel: |
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| Zitat: | | Elektrische Kräfte werden es nicht schaffen die Elektronen über einen Draht in Innere des F. Käfig reinzuschieben da diese Elektronen über gleichen Draht abfließen werden. |
Aha... Und durch welche treibende Kraft bitteschön?! Nicht verdrängen, das innere ist feldfrei, ob es dir gefällt oder nicht.
| Zitat: | | Zusätzlich bekommst du Probleme überhaupt elektrischen Strom über den Draht aufzubauen(die Stromkreise die wir kennen sind meistens geschlossene Kreise) |
..aber von freien Elektronen hast du schon gehört?!...
| Zitat: | | Warum willst du nicht verstehen, dass das Innere der Metallkugel positiv aufgeladen wird, wenn du beginnst die Elektronen zu äußere Wand der Kugel zu verschieben? |
Blöd nur, wenn ich nicht die Elektronen des Metalls verschiebe, sondern neue Elektronen einer ansonsten neutralen Kugel zuführe...
| Zitat: | | Du erzeugst einen Kugelkondensator |
Ein Kugelkondensator besteht aus (min.) 2 Kugeln...
Wenn du irgendwie recht hättest, dann dürfte es soetwas wie faradaysche Käfige überhaupt nicht geben...
Nochmal langsam: Du nimmst dir einen Eimer voll Elektronen mit in eine große neutrale Metallkugel. Im Inneren lässt du sie frei. Da sie sich sich untereinander abstoßen, nehmen sie einen großtmöglichen Abstand zueinander ein. Und das ist (ohne die Kugel zu verlassen) die äußerste Kugelschale!
Und zu den "0 Volt": Schon mal was von Ladungstrennung gehört?! Werden Ladungen getrennt, und du gehst weit genug weg, dann erscheint das System nach außen hin auch neutral, und trotzdem hast du Arbeit verrichtet zur Ladungstrennung.
...Man(n) man(n), eigentlich bin ich hier um etwas über zumindest "Hochschonphysik" zu lernen und nicht um "Grundschulphysik" zu lehren...
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 26. Apr 2013 22:55 Titel: |
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| Fric hat Folgendes geschrieben: |
Nochmal langsam: Du nimmst dir einen Eimer voll Elektronen mit in eine große neutrale Metallkugel. Im Inneren lässt du sie frei. Da sie sich sich untereinander abstoßen, nehmen sie einen großtmöglichen Abstand zueinander ein. Und das ist (ohne die Kugel zu verlassen) die äußerste Kugelschale!
...Man(n) man(n), eigentlich bin ich hier um etwas über zumindest "Hochschonphysik" zu lernen und nicht um "Grundschulphysik" zu lehren... |
Lasse mich raten, dein Eimer ist kleiner als die Kugel?
Glaubst du nicht das, du schon dein Problem gelösst hast, wenn du nur dein Eimer voll mit Elektronen füllst und dabei Spannungen hast, die sogar größer sind, als diese auf der Oberfläche der Kugel sein werden?
Wozu die Kugel, du hast doch dein Eimer, den du nur zu einer Kugel formen sollst.
Noch mal, wie willst du die Elektronen in den Eimer reinschieben, wenn diese sich untereinander abstoßen?
Sagt dir circulus vitiosus (Zirkelschluss) etwas?
http://de.wikipedia.org/wiki/Zirkelschluss
Angenommen jemand war schon vor dir da und hat sein Eimer voll mit Elektronen in deine Kugel entleert. Du kommst mit deinem zweiten Eimer
voll mit Elektronen und willst sich der negativ geladenen Kugel nähern. Schätze Mal wie nah an diese Kugel du ankommen wirst?
http://www.drillingsraum.de/room-forum/showthread.php?tid=4131
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 26. Apr 2013 23:24 Titel: |
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| Zitat: | | Lasse mich raten, dein Eimer ist kleiner als die Kugel? |
..Also wenn du dabei schon raten musst...
| Zitat: | | Glaubst du nicht das, du schon dein Problem gelösst hast, wenn du nur dein Eimer voll mit Elektronen füllst und dabei Spannungen hast, die sogar größer sind, als diese auf der Oberfläche der Kugel sein werden? ... |
Was für ein Unsinn. Ich hätte nicht gedacht, dass du das mit dem Eimer wörtlich nimmst. Und wenn dann sage ich nur: Hat ja keiner was zur größe des Eimers gesagt, bzw. zur Elektronendichte...
STATISCHE ELEKTRIZITÄT - schonmal davon gehört?!...
Ich würde dir echt wünschen, dass du mich auf's Korn nehmen willst, aber...
| Zitat: | | Noch mal, wie willst du die Elektronen in den Eimer reinschieben, wenn diese sich untereinander abstoßen? |
Indem man Arbeit hineinsteckt!!!! ARBEIT!!!!
| Zitat: | Angenommen jemand war schon vor dir da und hat sein Eimer voll mit Elektronen in deine Kugel entleert. Du kommst mit deinem zweiten Eimer
voll mit Elektronen und willst sich der negativ geladenen Kugel nähern. |
Ich will garnichts in der Beziehung.
Aber seis drum. Wie groß ist der Eimer A, der Eimer B und die Kugel...?! Sagt dir Ladungsdichte was?! Und nur weil es deien Verstand übersteigt, heißt es noch lange nicht dass es nicht möglich ist, oder etwa doch??
| Zitat: | | Schätze Mal wie nah an diese Kugel du ankommen wirst? |
Ich schätze mal Dreimarkneunzig plusminus einundzwanzig Grad Celsius so Pi mal Daumen und evtl. noch ne Prise Muskat obendrauf. Stimmt doch, oder..
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Apr 2013 12:53 Titel: |
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In diesem Thread steht 'ne Menge Schrott, und zwar so viel, dass sich gar nicht auf alle Details eingehen lässt.
Zunächst zum Begriff des Faradyschen Käfigs (z.B. metallische Hohlkugel). Das Innere eines solchen Käfigs ist nur dann feldfrei, wenn sich keine Ladung im Innenraum befindet. Die sprichwörtliche Feldfreiheit des Faradayschen Käfigs bezieht sich nur auf die Tatsache, dass bei Vorhandensein eines äußeren Feldes sich im Inneren der Hülle ein gleichgroßes Gegenfeld aufbaut (Ursache Influenz), welches das äußere Feld kompensiert.
Der hier diskutierte Mechanismus des Aufbringens von Ladung auf die Hülle hat mit dem Faradayschen Käfig nur am Rande zu tun. Richtig ist, dass sich die Ladung, wie immer sie auf die Hülle gebracht werden mag, auf der Außenseite der Hülle verteilt, bei einer Hülle in Kugelform ist die Ladungsverteilung aus Symmetriegründen gleichmäßig.
Es lässt sich jedoch nur so viel Ladung aufbringen, bis die elektrische Durchschlagfestigkeit des umgebenden Mediums (vermutlich Luft) erreicht ist. Die Durchschagfestigkeit von beispielsweise Luft ist ungefähr 30kV/cm. Die Feldstärke an der Oberfläche einer geladenen Kugel mit Radius R in Luft ist
Demzufolge ist die maximal aufzubringende Ladung
mit Emax=ED,Luft=Durchschlagfestigkeit der Luft
Die Spannung der Kugel (gegen Erde) ist dann
Das ist die in meinem ersten Thread bereits formulierte Gleichung. Denn der Ausdruck im Nenner stellt die Kapazität einer Kugel in Luft mit Radius R dar. Er ergibt sich als Kapazität eines aus zwei konzentrischen Kugeln bestehenden Kugelkondensators mit unendlich großer Außenkugel.
Selbst wenn die Kugelhülle mit einem Isolierstoff beschichtet ist (Isolierstoffdicke d), lässt sich die Ladung nicht unbegrenzt steigern, denn irgendwann ist die Durchschlagfestigkeit der umgebenden Luft oder, wenn die Isolierschicht sehr sehr dick ist, zuvor die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials erreicht. Also
^2)
oder
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Apr 2013 15:32 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | Selbst wenn die Kugelhülle mit einem Isolierstoff beschichtet ist (Isolierstoffdicke d), lässt sich die Ladung nicht unbegrenzt steigern, denn irgendwann ist die Durchschlagfestigkeit der umgebenden Luft oder, wenn die Isolierschicht sehr sehr dick ist, zuvor die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials erreicht. Also
oder
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Seltsam ist, dass in der oberen Formel d explizit steht. So kann man die Isolierschicht d nicht isolierend also aus Metall machen, am Ergebnis für Q max ändert sich nichts.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Apr 2013 15:46 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Seltsam ist, dass in der oberen Formel d explizit steht. So kann man die Isolierschicht d nicht isolierend also aus Metall machen, am Ergebnis für Q max ändert sich nichts. |
So ist es. Aber was ist daran seltsam? Der Gaußsche Flusssatz gilt doch in jedem Fall.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Apr 2013 16:39 Titel: |
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Wenn ich dieses Erkentniss auf 2 Drähte übertrage die von einander isoliert werden sollen und unterschiedliche Ladungen tragen, dann spielt die Isolierstoffdicke d oder die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials Eps r überhaupt keine Rolle, sondern nur der Abstand R zwischen diesen geladenen Drähten sichert die mögliche Höchstspannungen U max zwischen diesen Drähten ab. Auch die Drahtstärke selbst spielt dann die untergerordnete Rolle. Alleine die Durchschlagfestigkeit ED der umgebenden Luft bestimmt gesuchten Abstand R, bei gegebener Spannung Umax. R =Umax/ED
Zurück zum F.Käfig. und der Formel mir Faktor (R+d)². Wenn (R+d)= const bleibt, darf R der metallischen Hohlkugel zum Null streben, und d entsprechend wachsen. So ein mini-Metall F.Käfig wird genauso viel
Q max speichern können wie sein großer Bruder aus reinem Metall. Da aber die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials Eps r überhaupt keine Rolle spielt, reicht es wenn eine kleine Metallkugel in einem Luftballon eingeschlossen ist , der ausgerechnet mit Luft gefüllt werden darf. Und Q max steigt mit dem Luftballonradius. Auch dann, während die Luftballonhülle leitend sein darf! Ist das nicht seltsam?!
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Apr 2013 18:16 Titel: |
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Das einzige, was seltsam ist, sind Deine verqueren Schlussfolgerungen. Du kannst doch nicht zwei völlig verschiedene Szenarien miteinander vergleichen. Wesentlicher Unterschied zwischen einer beschichteten Kugel und den beiden parallelen beschichteten Drähten ist die Tatsache, dass die Drähte einen endlichen Abstand voneinander haben, die Gegenelektrode bei der Kugel aber unendlich weit entfernt ist. Du kannst ja mal die Auswirkungen der Isolierstoffdicke auf die Durchschlagfestigkeit der Zwei-Drähte-Anordnung berechnen. Wesentliche Erkenntnisse dürfte Dir dabei auch schon die Betrachtung eines Plattenkondensators mit unterschiedlich dick beschichteten Platten liefern (dann ist die Geometrie nicht so kompliziert). Du wirst feststellen, dass die maximal mögliche Spannung zwischen den Kondensatorplatten mit zunehmender Isolierstoffdicke abnimmt. Bei der beschichteten Kugel (mit unendlich weit entfernter Gegenelektrode) ist das genaue Gegenteil der Fall.
Die Durchschlagfestigkeit des Isoliermaterials spielt eine umso größere Rolle, je dicker die Isolierschicht ist. Stell' Dir die Umgebung der Kugel und auch die der Drähte vollständig (bis ins Unendliche) mit festem Isolierstoff ausgefüllt vor. Dann spielt nur die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffs eine Rolle, denn es gibt ja gar keine Luft mehr. Wie Du aus meinen Ausführungen schlussfolgern kannst, dass
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials Eps r überhaupt keine Rolle |
spielt, kann ich deshalb nicht nachvollziehen. Die höhere maximal mögliche Ladung und damit höhere Spannung liegt bei Abwesenheit von Luft einzig und allein an der erhöhten Durchschlagfestigeit des Islierstoffmaterials. Ich hatte deshalb auch darauf hingewiesen, dass je nach geometrischer Konfiguration entweder die Durchschlagfestigkeit der Luft oder die des Isolierstoffs die begrenzende Größe ist.
| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Selbst wenn die Kugelhülle mit einem Isolierstoff beschichtet ist (Isolierstoffdicke d), lässt sich die Ladung nicht unbegrenzt steigern, denn irgendwann ist die Durchschlagfestigkeit der umgebenden Luft oder, wenn die Isolierschicht sehr sehr dick ist, zuvor die Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffmaterials erreicht. |
In diesem Zusammenhang ist die Idee, die Kugel mit dem Isolierstoff "Luft" (im Ballon) zu umgeben, einfach abwegig. Sobald Du die Kugel verkleinerst, erhöhst Du die Oberflächenfeldstärke der Kugel und überschreitest damit die Durchschlagfestigkeit der Luft. Dabei ist es vollkommen unerheblich, ob der Ballon leitend ist oder nicht, sofern er nur konzentrisch zur Kugel angeordnet ist. Denn eine konzentrische leitende dünne Hülle beeinflusst den Feldverlauf praktisch überhaupt nicht.
Ich schlage vor, dass Du Dich in Zukunft mehr an die Grundgesetzmäßigkeiten der Elektrostatik und der Elektrotechnik im Allgemeinen hältst, wenn Du neue Szenarien erfindest, die mit der ursprünglichen Problemstellung nichts zu tun haben. Noch besser wäre es, von Vornherein die genannten Grundgesetzmäßigkeiten auf das vorgegebene Szenario anzuwenden. Wenn Du das im vorliegenden Fall getan hättest, wärest Du zu denselben Aussagen gekommen wie ich.
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 27. Apr 2013 19:30 Titel: |
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Danke dafür.
Das bedeutet also, dass auf einem faradayschen Käfig im leeren Raum, sprich Vakuum, beliebig viele Elektronen gespeichert werden können... bzw. alle im Universum vorhandenen... theoretisch! Ich weiß, Probleme fangen schon mit dem perfekten Vakuum an...
Eine Frage hätte ich noch zur Gleichung U = E_max*R . -Kann man sich über Q = C*U , Q_max und C_kugel herleiten. Alles prima.
Aber hast du das auch so gemacht, stillschweigend, oder gibt es da noch eine weitere Herangehensweise??
Mal zur Anwendung. Also brauche ich eine Kugel mit 1m Radius um 'grademal' 30kV zu halten... Das ist ja mal ernüchternd. Wenn ich jetzt an einer z.B. 20cm-Kugel des Bandgenerators ca. 100kV abgreife (pulsweise), dann muss da ja schon einiges nachgeliefert werden, um den "Druck" aufrecht zu erhalten und sogar noch zu erhöhen...
Wie berechnet man denn wohl das!?
Sprich: Wie sieht der zeitliche Spannungsverlauf einer "überladenen" Kugel in Luft aus..?!
Vom Gefühl her würde ich sagen eine e-Funktion, die von 100kV max. auf 30kV min. abfällt, und zwar umso schneller je größer die Flächenladungsdichte, also je kleiner die Kugel, ist. Sogar ins Quadrat, da A_kugel ~ r^2 .. sollte grob so passen, oder?!
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Apr 2013 19:40 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | In diesem Zusammenhang ist die Idee, die Kugel mit dem Isolierstoff "Luft" (im Ballon) zu umgeben, einfach abwegig. Sobald Du die Kugel verkleinerst, erhöhst Du die Oberflächenfeldstärke der Kugel und überschreitest damit die Durchschlagfestigkeit der Luft. Dabei ist es vollkommen unerheblich, ob der Ballon leitend ist oder nicht, sofern er nur konzentrisch zur Kugel angeordnet ist. Denn eine konzentrische leitende dünne Hülle beeinflusst den Feldverlauf praktisch überhaupt nicht.
Ich schlage vor, dass Du Dich in Zukunft mehr an die Grundgesetzmäßigkeiten der Elektrostatik und der Elektrotechnik im Allgemeinen hältst, wenn Du neue Szenarien erfindest, die mit der ursprünglichen Problemstellung nichts zu tun haben. Noch besser wäre es, von Vornherein die genannten Grundgesetzmäßigkeiten auf das vorgegebene Szenario anzuwenden. Wenn Du das im vorliegenden Fall getan hättest, wärest Du zu denselben Aussagen gekommen wie ich. |
Natürlich ist mir klar, dass bei einer Afladung (die kleine Metallkugel im Luftballon zentral angebracht), sehr schnell die Luft im Ballon selbst ionisiert wird. Da d leitend sein darf, stört mich diese innere Ionisation überhaupt nicht, die ist sogar von mir gewünscht! Ich kann doch die Ballonhülle leitend denken, muss aber nicht. So kann ich mir das unnötige Gewicht ersparen, wenn ich auf die Leitfähigkeit der Ballonhülle verzichte. Aber ich spare mir dadurch die Ionisation des Luftes außerhalb des Ballons! Es kann kein Durchschlag nach außen geben und das ist gut so.
Jetzt aber habe ich ein kleines Problem. Da ich auf die Mettalisierung der Ballonhülle verzichtet habe, und die Innere des Ballons ionisiert habe, wie werden sich die Ladungen der kleinen Metallkugel im Ballon verteilen?
Bei einer Metallhülle ist alles klar, die Ladungen gehen auf die Oberfläche der Hülle über. Was ist aber wenn die Hülle nicht leitend ist? Kann ich trotzdem davon ausgehen, dass sich die gleichnamige Ladungen abstoßen werden und aus der ionisierten Luft selbst einen F. Käfig, der genaus so groß wie der Luftballon erzeugen werden?
Wo habe bis jetzt einen Denkfehler gemacht?
Wo gehen unsere Überlegungen außeinander?
P.S. Wenn die kleine geladene Kugel sehr hoch in der Atmosphäre angebracht ist, kann man vielleicht ganz auf großen Ballon verzichten?
Die Luft wird zwar ionisiert, bildet aber eine große ionisierte Sphäre um die geladene Metallkugel, so groß bis die Ionisierung nicht mehr ausreicht weitere Luftschichten leiten zu machen? Diese Frage habe ich schon früher gestellt und leider keine Antwort erhalten.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen.
Zuletzt bearbeitet von D2 am 27. Apr 2013 19:53, insgesamt 2-mal bearbeitet |
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Pflupp
Gast
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| Pflupp Verfasst am: 27. Apr 2013 19:49 Titel: |
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...Ich mettalisiere mir gleich die Oberfläche eines Brötchens. Lecker!
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Apr 2013 20:01 Titel: |
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| Fric hat Folgendes geschrieben: | | Das bedeutet also, dass auf einem faradayschen Käfig im leeren Raum, sprich Vakuum, beliebig viele Elektronen gespeichert werden können... bzw. alle im Universum vorhandenen... theoretisch! Ich weiß, Probleme fangen schon mit dem perfekten Vakuum an... |
Selbst bei perfektem Vakuum, wird die Oberflächenfeldstärke der Kugel irgendwann so groß sein, dass die Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Metall ins Vakuum überschritten wird, so dass Ladungsträger ins Vakuum emittiert werden und so eine Entladung stattfinden kann.
@D2
Sobald eine Ionisation der umgebenden Luft mit oder ohne Ballonhülle eintritt, lässt sich die Ladung auf der Kugel nicht mehr steigern, da das umgebende Medium leitfähig geworden ist.
Wenn Du meinen Rat, mal ein ganz klein bisschen zu rechnen, nicht beherzigen willst, bitteschön. Ich zieh' mich jedenfalls aus dieser Diskussion zurück.
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Fric
Gast
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| Fric Verfasst am: 27. Apr 2013 21:02 Titel: |
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Stimmt ja... daran hatte ich nicht gedacht (Stichwort "freie Elektronen")... Dann ist ja alles im Lot, denn 'die' Vorstellung war wirklich etwas seltsam, selbst in einem perfekten Experiment.
..und was ist mit der Gleichung U = E_max*R ?!..
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