Detailfragen zur Plasmalampe (Teslaspule, Polarlicht, Blitze

vitopetre · Gast

Meine Frage:
Hallo,

meine Tochter (8. Klasse) hat heute ein Referat zum Thema Plasmalampe gehalten und mich gebeten ihr bei den Recherchen zu helfen, weil das alles doch sehr kompliziert ist, wenn man versucht ins Detail zu gehen.
Das Referat ist jetzt vorbei, aber ich bin seitdem total fasziniert von dem Thema und würde gerne trotzdem noch die Dinge klären, die ich immer noch nicht so richtig kapiere - ich hoffe Ihr könnt mir helfen. :-)

1. Wenn ich richtig recherchiert habe, ist der Grund dafür, dass eine Teslaspule nur bis zu einer bestimmten Entfernung Plasmablitze erzeugen kann, der dass von ihr ein elektrisches Feld hergestellt wird, dass ab einer bestimmten Entfernung schwächer wird.

1.1. Kann ich statt zu sagen, dass das elektrische Feld schwächer wird auch sagen, dass die Bewegungsenergie der Elektronen abnimmt oder wäre das etwas anderes? (Meine Tochter hat mich gefragt, ob das das gleiche ist, wie Wellen auf dem Wasser nachdem man einen Stein fallen lässt.)
Liegt der Unterschied zwischen "Energie geht verloren" und die "Feldstärke nimmt ab" vielleicht darin, dass innerhalb des Feldes die Energie aufrechterhalten wird (so lange die Plasmakugel angeschaltet ist), während z. B. bei einem Stein ins Wasser die Welle nur ein einziges Mal ausgelöst wird und sich dann die Wogen wieder glätten?

1.2. Ausserdem hab ich mir Bilder von elektrischen und magnetischen Feldlinien angeschaut und kann dort kaum einen Unterschied erkennen, ist das nicht eigentlich sogar das gleiche? - Man spricht ja auch von Elektromagnetismus?

1.3. Falls ich mich nicht irre, muss man die Spannung des Teslatransformators erhöhen, wenn man den Radius der Plasmastrahlen erweitern will (die größte Teslaspule der Welt arbeitet wohl mit 1,5 Millionen Volt). - Wie kann man berechnen, um wieviel ich die Spannung erhöhen müsste, um den Radius z. B. um einen Zentimeter oder auch einen Meter zu erhöhen?

2. Widerstand vs. Ionsiationsenergie
Luft bzw. die neutralen Gase in der Plasmakugel sind ja eigentlich alle Isolatoren, deshalb hab ich meiner Tochter gesagt, sie darf nicht von elektrischem Widerstand reden, sondern soll von Ionisationsenergie bzw. Durchschlagsfestigkeit sprechen.

2.1. Aber ehrlich gesagt verstehe ich noch immer nicht genau, wo da wirklich der Unterschied ist - vor allem nachdem ich bei einer Folge von "Alpha Centauri" über das Nordlicht Prof. Lesch selbst sagen gehört habe, dass die Aurora erzeugt wird, weil die elektrische Spannung der Sonnenwinde auf den Widerstand der Erdatmosphäre treffen.

2.2. Auch mit Blitzen komme ich noch nicht richtig klar.
Die Durschlagsfestigkeit von Luft liegt laut Wikipedia bei 3,3 kV / mm.
Bedeutet dass, dass sich eine Gewitterwolke für jeden Milimeter Luft der bis zum Boden ionisiert werden soll mit zusätzlichen 3300 Volt aufladen muss? (Also 6600 Volt für 2mm, 9900V für 3mm, etc. - das wären dann bei einer Gewitterwolke, die 2km über der Erde schwebt, schon 6,6 Milliarden Volt - wenn ich aber nach Blitzen gesucht habe, wurde dort immer "nur" von mehreren Hundertausend Volt gesprochen...

3. Elektrizität

3.1. Ist der einzige Grund dafür, dass eine Teslaspule / eine Plasmalampe mit sehr hohen Frequenzen (20.000 Hz bis 100.000 Hz) arbeitet die Sicherheit für den Menschen, also dass niemand einen Schlag bekommt, wenn er mit den Blitzen in Kontakt kommt oder hat die Hertzzahl auch noch andere Einflüsse auf die erzeugten Plasmablitze?

3.2. Hat die Hertzzahl eigentlich auch einen Einfluss auf die Berechnung von Stromstärke, Spannung oder elektrischer Leistung oder sind diese Wert von der Frequenz völlig unabhängig berechenbar? (Ich konnte keine Formel finden, die die Frequenz miteinbezieht...)

3.3. In der Plasmalampe herrscht auch ein leichter Unterdruck, was wohl dazu führt, dass man ein bisschen weniger Spannung verbraucht, um die Plasmablitze zu erzeugen. - Hat dieser Unterdruck eher Einfluss auf die Elektrizität oder die Gase, in der Kugel?

4. Gase und ihre Chemophysik
Plasmalampen können mit verschiedenen Gasen gefüllt werden, normalerweise ist das ein Gemisch aus Stickstoff, Neon & Argon (das ist wohl am günstigsten). Man kann sie aber auch mit Krypton oder Xenon befüllen bzw. die Mischung der Gase ändern, um andere Plasmafarben zu erzeugen.

4.1. Weiß jemand, ob es irgendwo eine Liste der Durchschlagsfestigkeit dieser Gase gibt? (Ich konnte nur die von Luft finden, würde aber gerne wissen, ob durch diese Gase mehr oder weniger Energie verbraucht wird, als durch normale Luft und warum nicht nur Edelgase sondern auch andere neutrale Gase wie Stickstoff und Sauerstoff leuchten...)

4.2. Kann mir jemand sagen, warum diese Gase in anderen Farben leuchten, wenn sie ionisiert werden?

Tut mir leid, ich weiß das ist sehr viel und gehört auch nicht alles zum Thema Elektrik. - Aber ich erwarte nicht, dass mir jemand alle meine Fragen beantworten kann, sondern bin für jede Antwort auf jede Teilfrage dankbar!

Meine Ideen:

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Falls noch Interesse besteht, würde ich die Fragen in den nächsten Tagen mal in Ruhe durchgehen und beantworten, im Moment fehlt mir leider die Zeit.
Da sich hier keiner meldet, will ich nur sagen, dass die Frage nicht vergessen wurde!