Entladung entgegengesetzt mit Hochspannung geladener Kugeln

[Wolfgang Gasser]

Weiss jemand genaueres über den Verlauf der Entladung entgegengesetzt
geladener Kugeln?

Nehmen wir zwei Metallkugeln von 10 cm Durchmesser und laden z.B. die
eine auf +10'000 und die andere auf -10'000 Volt. Gemäss [1] entsteht
dann ein Funkendurchschlag, wenn die Kugeln auf etwa 6.1 mm einander
angenähert werden.

Wie lange dauert so ein Funke im Normalfall?

Um wieviel Volt entladen sich die Kugeln während des Funkens?

Wie lässt sich das experimentell messen?


Gruss,
Wolfgang


[1] http://sprott.physics.wisc.edu/demobook/chapter4.htm, Tab. 4.2,
Ungefährer Abstand (in cm) für einen elektrischen Durchschlag zwischen
zwei identischen Kugeln diverser Durchmesser ("Approximate Gap Spacing
(in cm) For Electrical Breakdown Between two Identical Spheres of
Varying Diameters").

[Volker Gringmuth]

Post by Wolfgang Gasser
Nehmen wir zwei Metallkugeln von 10 cm Durchmesser und laden z.B. die
eine auf +10'000 und die andere auf -10'000 Volt.

Gegen einen neutralen, als Masse definierten Punkt oder gegen die jeweils
andere Kugel?

Eine Spannung besteht nie auf einem Punkt, sondern immer zwischen zwei
Punkten.


vG

[Helmut Wabnig]

On Thu, 15 Jun 2006 21:33:06 +0200, "Wolfgang Gasser"

Post by Wolfgang Gasser
Weiss jemand genaueres über den Verlauf der Entladung entgegengesetzt
geladener Kugeln?
Nehmen wir zwei Metallkugeln von 10 cm Durchmesser und laden z.B. die
eine auf +10'000 und die andere auf -10'000 Volt. Gemäss [1] entsteht
dann ein Funkendurchschlag, wenn die Kugeln auf etwa 6.1 mm einander
angenähert werden.
Wie lange dauert so ein Funke im Normalfall?

micro bis milli Sekunden

Post by Wolfgang Gasser
Um wieviel Volt entladen sich die Kugeln während des Funkens?

Bis ca 6100 Volt, ca 1 kV pro millimeter.....
Dann verlöscht der Funken.

Post by Wolfgang Gasser
Wie lässt sich das experimentell messen?

Mit einer Hochspannungssonde und einem Oszilloskop.


w.

[Harald Wilhelms]

Post by Helmut Wabnig

Post by Wolfgang Gasser
Um wieviel Volt entladen sich die Kugeln während des Funkens?

Bis ca 6100 Volt, ca 1 kV pro millimeter.....
Dann verlöscht der Funken.

Moment, die Löschspannung einer solchen Entladung
liegt deutlich niedriger als die Zündspannung. Ich
würde eher auf einige Hundert Volt tippen.
Gruss
Harald

[Roland Damm]

Moin,

Post by Helmut Wabnig

Post by Wolfgang Gasser
Wie lange dauert so ein Funke im Normalfall?

micro bis milli Sekunden

Kommt natürlich drauf an, vorallem auf die Kapazität die dahinter
steckt. Kleine dielektrisch behinderte Entladungen (=kleine
Kapazität) können schon nach 5 ns zu Ende sein.

Post by Helmut Wabnig

Post by Wolfgang Gasser
Um wieviel Volt entladen sich die Kugeln während des Funkens?

Bis ca 6100 Volt, ca 1 kV pro millimeter.....
Dann verlöscht der Funken.

Das halte ich für zu hoch gegriffen. Irgendwo habe ich mal einen Film
gesehen von einem außer Kontrolle geratenem Fehlschluß in einem
Umspannwerk. Da hatte der Lichtbogen durchaus an die 10m Länge. Ich
glaube jedoch nicht, dass man dort mit vielen Megavolt hantiert.
Überhaupt erlischt der Lichtbogen bei Wechselspannung schneller, weil
ja 100 mal pro Sekunde der Strom abgeschaltet ist. Bei Gleichstrom
gibt's keine solche Unterbrechung. Gut, in dem gegebenen
Gedankenexperiment wäre der Lichtbogen nach einer 100stel Sekunde
auch schon längst weg.

Ich würde eher schätzen, dass die Spannung auf eine Hand voll Volt pro
Millimeter herunter geht.

CU Rollo

[Uwe Hercksen]

Post by Wolfgang Gasser
Wie lange dauert so ein Funke im Normalfall?

Hallo,

wie soll man das sagen ohne die dabei wirksame Kapazität und den
Maximalstrom der Quelle zu kennen?

Bye

[Wolfgang Gasser]

Post by Uwe Hercksen

Post by Wolfgang Gasser
Wie lange dauert so ein Funke im Normalfall?

wie soll man das sagen ohne die dabei wirksame Kapazität und den
Maximalstrom der Quelle zu kennen?

Ich sprach von zwei Metallkugeln mit Durchmesser 10 cm und Potential-
differenz von 20 kVolt. Die Kapazität so einer isoliert liegenden
Kugel [1]:

Kapazität = 1.1 * 10^-11 Coulomb/Volt

Bei einem Durchmesser von 10 cm beträgt der Abstand zum vom Funken
am weiten entferntesten Punkt 15.7 cm (halber Umfang). Da Strom mit
etwa 20 cm/ns fiesst, sollte sich die Funkenbildung innerhalb von
t < 1 Nanosekunde auf der ganzen Kugel ausgewirkt haben. Irgendwie
naheliegend, vor allem wegen der Symmetrien, ist auch die Annahme,
dass der Funke nicht länger dauern kann als diese Zeitdauer t, somit
nicht einmal eine Nanosekunde.

Bei 10^4 Volt beträgt die Ladung einer Kugel 1.1 * 10^-7 Coulomb.
Wenn nun ein wesentlicher Teil dieser Ladungsmenge (abängig von
der Löschspannung) innerhalb von t von der einen zur anderen Kugel
fliesst, ergibt sich im Funken eine mittlere Stromstärke in der
Grössenordnung von 100 Ampère. Also wenn Peter Prucker mit der
Aussage "Im Funken selbst beträgt der Widerstand nur wenige mOhm"
[2] recht hat, dann dürfte der Funken selber keinen Flaschhals für
den Stromfluss darstellen, oder aus anderen Gründen doch?

Leider gibt es noch ein Problem. Die Kapazität der Kugeln lässt
sich nur dann einfach berechnen, wenn sie weit genug voneinander
entfernt sind. Sonst haben sie wie normale Kondensatorplatten eine
höhere Kapazität. Und wie bei Kondensatorplatten nimmt die Spannung
ab, wenn sie schon geladen einander angenähert werden.

Aber wenn obige Gedankengänge/Rechnungen richtig sind, dann müsste
es möglich sein, zwei Kugeln, oder andere spiegelsymmetrische,
zu zweit einen elektrischen Dipol bildende, Metall(hohl)körper
innerhalb einer Nanosekunden zu einem wesentlichen Teil zu entladen.

Für alle bisherigen (und zukünftigen) Beiträge dankend grüsst,
Wolfgang

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Kapazität
[2] news:***@t-online.de

[Uwe Hercksen]

Post by Wolfgang Gasser
Bei einem Durchmesser von 10 cm beträgt der Abstand zum vom Funken
am weiten entferntesten Punkt 15.7 cm (halber Umfang). Da Strom mit
etwa 20 cm/ns fiesst, sollte sich die Funkenbildung innerhalb von
t < 1 Nanosekunde auf der ganzen Kugel ausgewirkt haben. Irgendwie
naheliegend, vor allem wegen der Symmetrien, ist auch die Annahme,
dass der Funke nicht länger dauern kann als diese Zeitdauer t, somit
nicht einmal eine Nanosekunde.

Hallo,

bei dieser Argumentation vernachlässigst Du völlig die Luft zwischen den
Kugeln und die Entladung darin.

Bye

[Wolfgang Gasser]

Post by Uwe Hercksen

Post by Wolfgang Gasser
Bei einem Durchmesser von 10 cm beträgt der Abstand zum vom Funken
am weitesten entfernten Punkt 15.7 cm (halber Umfang). Da Strom mit
etwa 20 cm/ns fiesst, sollte sich die Funkenbildung innerhalb von
t < 1 Nanosekunde auf der ganzen Kugel ausgewirkt haben. Irgendwie
naheliegend, vor allem wegen der Symmetrien, ist auch die Annahme,
dass der Funke nicht länger dauern kann als diese Zeitdauer t, somit
nicht einmal eine Nanosekunde.

bei dieser Argumentation vernachlässigst Du völlig die Luft zwischen den
Kugeln und die Entladung darin.

Willst du damit sagen, dass der Funken als "optische Erscheinung"
länger als 1 ns dauert? Oder spielst du auf die Teilentladungen
und die dazwischen liegenden Ruhezeiten an (siehe unten)?

Wenn die beiden Kugeln vor Entstehung eines Funkens mit plus und minus
10 kVolt geladen sind, lassen sich folgende Fälle unterscheiden:

1) Ein Funkenstromfluss tritt wegen der zu kleinen Ladungsmengen
auf den Kugeln nicht auf.
2) Der Funkenstromfluss bricht ab, bevor die Kugeln ganz entladen
sind.
3) Der Funkenstromfluss bricht (wegen Induktion) erst ab, nachdem
die ursprünglich negative Kugel (leicht) positiv geladen ist.
4) Es kommt zu Schwingungen, und der Strom wechselt mindestens ein
mal im Funken die Richtung.

Gegen das Nicht-Auftreten des Funkens spricht, dass die Entstehung
eines Durchschlags nur von lokalen Faktoren abhängig sein sollte, d.h.
nur von den Ladungen, die sich in der Nähe des zu bildenden Funken-
durchschlags befinden. Leider ist es mir nicht gelungen, Informationen
über den exakten zeitlichen Verlauf der Funkenentstehung zu finden.

Für Blitze gilt, dass "die Dauer einer mächtigen Teilentladung 0,0002
Sekunden nicht übersteigt" [1]. Die Annahme, dass sich auch kleine
Funken aus Teilentladungen zusammensetzen und die Dauer dieser
Teilentladungen (so wie auch die Durchschlagsspannung) in etwa
proportional zur räumlichen Länge der Blitze bzw. Funken ist, scheint
nicht abwegig. Dann würde folgen, dass Teilentladungen von 6-mm-
Funken in der Grössenordnung von 10^-10 bis 10^9 Sekunden liegen [2].

Dann stellen sich die Fragen: Wieviel Prozent der Ladung wird bei der
ersten Teilentladung von der einen zur anderen Kugel transferiert?
Wie lange ruht der Stromfluss zwischen den Teilentladungen?

Kann jemand Aufwand und Unkosten der experimentellen Klärung dieser
Frage abschätzen?

Gruss, Wolfgang

[1] http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761576620/Blitz.html
"Der durchschnittliche Zeitabstand zwischen den aufeinander
folgenden Teilentladungen beträgt 0,02 Sekunden". Da in einem
Leiter Strom in 0,02 Sekunden etwa 4000 km weit fliessen würde,
scheint der Schluss naheliegend, dass der Stomfluss innerhalb
der Wolken wesentlich langsamer vor sich geht.
[2] Wenn die Teilentladungen eines Blitzes von 6 km Länge 0,2 msek
dauern, dann würde folgen, dass die eines 6 mm Funken 0,2 nsek
dauern.

[Roland Damm]

Moin,

scheint nicht abwegig. Dann würde folgen, dass Teilentladungen von
6-mm- Funken in der Grössenordnung von 10^-10 bis 10^9 Sekunden
liegen [2].

Mit dieser Abschätzung liegst du auf der sicheren Seite:-)

SCNR Rollo