Material und Versuchsaufbau
- Ringentladungsröhre
- Transformator mit \(N_{\rm{P}}=500\) und \(N_{\rm{S}}=23000\)
- Funkenstrecke
- Leidener Flasche
- optional: Schiebewiderstand \(R=320\,\rm{\Omega}\) oder Leistungsregler für Netzsteckdose
- Warnschild: Achtung Hochspannung!
Hinweis: Einen alternativen Aufbau mit einem Hochfrequenzgenerator findest du am Ende der Seite.
Versuchsaufbau
Man erzeugt - wie zum Versuch mit dem Teslatrafo - einen hochfrequenten Wechselstrom durch eine Funkenstrecke und einen Schwingkreis, bestehend aus einer Leidener Flasche (Kondensator) und einer Spule mit wenigen Windungen. Diese wenigen Windung werden hier um eine Glaskugel gelegt, die mit Neongas geringen Drucks gefüllt ist. Ein optionaler Schiebewiderstand mit etwa \(R=320\,\rm{\Omega}\) im Primärkreis des Transformators sorgt für eine gleichmäßige Leuchterscheinung bei der Durchführung.
Versuchsdurchführung
Über den Schalter der Netzanschlussdose oder den Schalter einer Mehrfachsteckdose wird die Primärspannung am Transformator eingeschaltet.
Achtung: Spannung immer nur kurzzeitig einschalten! Die Funkenstrecke kann ansonsten Schaden nehmen. Auch entsteht Ozon durch die Überschlagsentladungen in der Funkenstrecke. Sollte der Kreisring stark flackern, kann bei ausgeschalteter Primärspannung der Schiebewiderstand variiert werden, bis sich ein relativ gleichmäßiges Leuchten einstellt.
Versuchsdurchführung und Erklärung im Video
Hinweis: Ein Video mit einer etwas vereinfachten Erklärung findest du hier.
Beobachtung
Wenn die Primärspannung am Transformator einschaltet ist, zeigt sich in der Nähe des äußeren Randes im Innern der Glaskugel ein orange leuchtender Kreisring.
Versuchsdeutung
Durch den Wechselstrom, der durch die um die Ringentladungsröhre gelegten Windungen fließt, entsteht in der Spulenachse ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld. Der magnetische Fluss dort ändert sich also fortlaufend. Dies sorgt wiederum dafür, dass ein sog. elektrisches Wirbelfeld entsteht. Das magnetische Wechselfeld baut also seinerseits ein kreisförmiges elektrisches Wechselfeld auf. Dieses elektrische Wirbelfeld übt eine elektrische Kraft auf die Elektronen im Gasgemisch aus. In der gewählten Anordnung ist die Kraft so groß, dass sich Elektronen lösen und als freie Elektronen auf eine Kreisbahn beschleunigt werden. Es entsteht ein Ringstrom wechselnder Richtung aus freien Elektronen im Inneren der Glaskugel. Dabei werden die Elektronen so stark beschleunigt, dass sie die Neonatome durch Stöße zum Leuchten anregen.
Ein sich änderndes magnetisches Feld bedingt also immer ein elektrisches Feld.
Versuchsaufbau mit Hochfrequenzgenerator
Alternativ kannst du den Versuch auch mit einem Hochfrequenzgenerator durchführen (vgl. Abb. 4). Dieser ersetzt, angeschlossen an eine Gleichspannungsquelle (\(300\,\rm{V}/50\,\rm{mA}\)), den Transformator und den Schwingkreis vollständig, sodass die Ringentladungsröhre direkt an den Hochfrequenzgenerator angeschlossen wird. Da hier die Kräfte auf die Elektronen jedoch nicht so groß sind, muss die Ringentladung z.B. mit Hilfe eines geriebenen Gummistabes, der an die Röhre angenähert wird, "gezündet" werden.
Ein Video mit der Versuchsdurchführung findest du hier.