Seminar und Praktikum zur Didaktik der Physik
Versuchskarte zu experimentellen Themen
 
Datum: 2008

Titel: Hochspannung und Hochstrom




unilogo.gof
Versuchsnr.: 5

Namen: Tobias Trummer, Frieder Braun

Gruppe: A

DP Physik

 
Versuchsaufbauten
mit Parametern
Zum Thema Hochspannung und Hochstrom gibt es ein paar Demonstrationsversuche (nicht vom Schüler
zu machen!), die effektvoll das Kapitel Transformator und induziertes Magnetfeld abschließen.

1. Funkenüberschlag bei Hochspannung

2. Metallschmelzen mit Hochstrom

3. 5V-Birne am 230V Netz

4. Railgun (Kreisstromkanone)

Geräte
mit Firmenangabe
• Spule mit n=500 Windungen mit Netzkabel f¨ur direkten Anschluss an das 230V-Netz und Schalter
• Transformatorkern (U-Form) mit abnehmbarem Eisenjoch, einige Kabel
• Spule mit n=10000 Windungen und gut isolierte Lichtbogen¨uberschlagkontakte
• Spule mit n=5 Windungen mit Klemmvorrichtung f¨ur N¨agel
• 2m normales Laborkabel mit Krokoklemmen und 5V Birne mit Fassung
• Aluring (evtl. Kupferring) mit Innendurchmesser etwas gr¨oßer als Jochdurchmesser
Durchführung
1. Funkenüberschlag bei Hochspannung
Die Kontakte werden mit nur etwa 3mm kleinstem Abstand aufgestellt. Sie werden mit (eigentlich Hochspannungstauglichen) Kabeln mit der Spule mit n=10000 Windungen verbunden, die als Sekundärspule in den Transformator mit der Netzspule als Primärspule eingebaut ist. In allen folgenden Versuchen ist diese Spule die Primärspule. Beim Einschalten sollte es einen Lichtbogen geben, der auch anfängt nach oben zu wandern (thermische Luftbewegung), wenn man nach dem Überschlag den Abstand der Kontakte etwas erhöht (mit einem gut isolierenden Stab). Eventuell sollten die Kontakte vorher etwas abgeschmirgelt werden. Vorsicht: die Hochspannung beträgt mit diesem Aufbau 10000/500 · 230V = 4600V !

2. Metallschmelzen mit Hochstrom
Die Spule mit n=5 Windungen wird als Sekundärspule verwendet und mit einem Nagel kurzgeschlossen.
Dieser sollte nicht zu dick sein (höchstens 4 mm Durchmesser), auf keinen Fall darf er dicker als das Sekundärspulenmaterial sein. Nach
dem Anschalten wird der Nagel heiß bis er schmilzt. der Strom aus der Steckdose wird um den Faktor 100 erhöht.

3. 5V-Birne am 230V Netz
Wenn man das Kabel als Sekundärspule um den Trafokern wickelt (ca. 6mal, rechnerisch bis 10mal),kann
man die kleine Glühbirne an den kabelenden zum Leuchten bringen. So sehen die Schüler besser, dass im
Transformator wirklich kein elektrischer Kontakt existiert.

4. Railgun (Kreisstromkanone)
Wenn man das Joch der Spule senkrecht auf den Teil des Kerns, um den die Primärspule gewickelt ist,
stellt, erhält man eine etwa 15cm lange Beschleunigungsstrecke für einen Metallring. Durch den induzierten
Strom (nur eine Windung, also 500-fache Stromstärke) entsteht ein starkes entgegengerichtetes Magnetfeld, durch das der Ring eine beschleunigende Kraft erfährt. So kann man den Ring senkrecht in die Luft schießen. Die Spule darf nur sehr kurz angeschaltet werden, da viel Strom fließt und die Spule sich stark erhitzt. Mit einem nicht geschlossenen (eingesägten) Ring passiert nichts, da ja kein Kreisstrom fließen
kann.
Resultate
möglichst quantitative

Bemerkungen
&
Tricks
Das sind KEINE Schülerversuche, da hohe Spannugen, hohe Ströme und starke Hitzeentwicklung vorkommen. Alle Versuche sollten zügig gemacht werden, da die Belastung für die Spulen enorm ist.
Literatur