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Aufgabe

Löschen eines Lichtbogens

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Lichtbögen entstehen, wenn man z.B. zwei Kohleelektroden, die an eine Spannungsquelle (z.B. 230V) angeschlossen sind, zunächst in Kontakt bringt und dann die Elektroden auseinanderzieht.

Der Lichtbogen stellt eine intensive, nahezu punktförmige Lichtquelle dar, die früher beim Kinoscheinwerfer und heute noch im Physikunterricht (Kohlebogenlampe) genutzt wird.

Bringt quer zum Lichtbogen einer Kohlebogenlampe das Magnetfeld eines Hufeisenmagneten an, so verlöscht der Bogen.

Welche Mutmaßungen kann man daher über den Mechanismus der Lichtbogenentstehung entwickeln?

Hinweis: Auch beim Elektroschweißen entsteht ein Lichtbogen. Hier ist die eine Elektrode die Schweißelektrode, die andere das Schweißgut. Dabei ist man nicht an der hellen Lichtquelle interessiert, sondern am Schmelzen des Metalls.

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Die Tatsache, dass der Lichtbogen bei der Anwesenheit des relativ schwachen Feldes eines Hufeisenmagneten verlöscht, lässt den Schluss zu, dass bei der Lichtbogenentstehung Ladungsträger eine Rolle spielen, die sich zwischen den Elektroden bewegen. Werden diese aufgrund der Lorentzkraft abgelenkt, so wird die Entladung unterbrochen.

Wahrscheinlich sind es die Elektronen, die für den Leuchtprozess eine wichtige Rolle spielen, da nur diese sich auch von einem schwachen Magnetfeld beeinflussen lassen.

Mitteilung (war nicht als Antwort erwartet): Werden die beiden Elektroden in Kontakt gebracht, so fließt ein sehr starker Strom (nahezu Kurzschluss), der die Elektroden lokal stark erwärmt. Auf diese Weise schafft sich der Strom selbst seine Glühkathode aus der Elektronen austreten können. Die Elektronen werden zur anderen Elektrode (Anode) hin beschleunigt und schlagen in dieser Krater heraus (Anodenmaterial verdampft). Treffen die Elektronen durch die Magnetfeldablenkung nicht mehr auf die Anode, so wird der Entladungsprozess unterbrochen, der Lichtbogen erlischt.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Bewegte Ladungen in Feldern