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Beobachtungen:

Entladungsrohr

1. Übersicht

2. Scheibenförmige Elektroden


3.
Entladung bei unterschiedlichen Drücken, Scheiben als Elektroden

4. Versuche mit langen Elektroden
   4.1 Aufbau
   4.2 Einfluß von einem starken Neodym-Magnet auf die Entladung

  4.3 Einfluß von Druck und Spannung

5. Crookes-Rohr

  5.1 Übersicht

  5.2 Neon
(1)
  5.3 Kohlendioxid CO2

  5.4 Helium

  5.5 Xenon

  5.6 Krypton

  5.7 Argon

  5.8 Neon
(2)
  5.9 Ablenkung der Entladung mit einem Magnet






1. Übersicht

Luft oder andere Gase können leitfähig werden. Bei Anliegen eines elektrischen Feldes fließt ein elektrischer Strom.

Wenn die Elektroden, von denen eine Entladung ausgeht, sich auf normaler Temperatur befinden, d.h. sie sind nicht geheizt, nennt man es "Kalte Entladung". Bei hohen Strömen bzw. Spannungen erhitzt sich die Luft stark, es entsteht ein sichtbarer Funken (Blitz).

Im Gegensatz dazu kommen z.b. bei Elektronenröhren (Fernseher mit Vakuumröhre, historische Radios) die Ladungen aus einer geheizten Drahtwendel (thermische Emission).

Eine kalte Entladung läßt sich z.B. in einem evakuierten zylindrischen Glasrohr mit scheibenförmigen Elektroden an den Enden erzeugen, wenn der Druck im Bereich von 1/1000 Normaldruck ist und die zwischen den Elektroden anliegende Spannung einige hundert Volt beträgt. Dann entstehen leuchtende Objekte im Inneren des Rohres. Die Entladung "brennt", wie z.B. in einer Glimmlampe.
Um das Rohr herum gibt es dann spürbare Zonen parallel zur Achse der Scheiben.
Deren Form ist etwa wie die bei einer langen Flamme eines Gasbrenners.
Bei scheibenförmigen Elektroden und kurzem Abstand gilt:
Sofern die Entladung um den Minuspol stark zu sehen ist, geht die "Flamme" in Richtung Pluspol.
und es gibt in Richtung Minuspol keine spürbare Struktur, wenn der Pluspol nicht von sichtbaren Entladungen umgeben ist.
                       
              <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<   (+)       (-)

Ist die Entladung am Minuspol nur noch sehr schwach, aber am Pluspol stark, gibt es eine "Flamme" in umgekehrter Richtung und zwar zum Minuspol.
                                                                  (+)      (-)  >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Ergänzung: Bei langen Rohren  (kapitel-05)  gibt es auf beiden Seiten jeweils spürbare Zonen. Dann brennt auf beiden Seiten sichtbar eine Entladung.

gasentladung.htm
 

Spektrallinien  einiger Edelgase  edelgas-wirkung.htm





Weitere Informationen zu Entladung  stroemung-rotierend.htm#kapitel-01
    (1. Unsichtbare Teilchen: Elektronen und Ionen im elektrischen Feld und ihre Spuren)





imj_2219_g.jpg
Abb. 01-00:
aus  stroemung-rotierend.htm#kapitel-01
Abb. 01-01: Auf einer Spitze ist ein Metallblech mit tangentialen Spitzen drehbar gelagert. Bei angelegter Hochspannung dreht sich der Flügel. Liegt am Flügel Minus, dann dreht er sich bei 20 kV schnell, bei Plus etwa um den Faktor 3 langsamer.

maxwell-zwei.htm#kapitel-01-04

imj_8982-d_k.jpg        imj_8986-d_k.jpg
Abb. 01-01: Blitze am Abendhimmel
aus lichtquellen.htm
Abb. 01-12: Gewitter mit dunklen Wolken und Blitzen (FB)
imj_2897-a_g.jpg
Abb. 01-02: Luft wird leitfähig mit Blitz, Funken,
Die heiße Luft der Entladung steigt nach oben und erlischt dort, weil die Abstände der Elektroden immer weiter werden. Bleibt die Spannung weiterhin hoch, entsteht unten wieder eine neue Funkenstrecke.
Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch.
aus lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-26: Hörnerblitzableiter (FB)
imj_8046_g.jpg
Abb. 01-03: Kohlebogenlampe, glühende Elektroden aus Graphit, dazwischen brennt ein Lichtbogen.
Es fließt ein sehr großer Strom (einige Ampere) bei vergleichsweise niedriger Spannung (110 V).
Zum Zünden bringt man die Elektroden kurzzeitig dicht zusammen. Dabei erwärmen sie sich. Im heißen Zustand emittieren sie Ladungen.
aus lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-24: Lichtbogen, Bild der Entladung in einer Kohlebogenlampe auf die Leinwand projiziert (FB)
imj_2236_g.jpg
Abb. 01-04: Zwischen den beiden Spitzen liegt eine hohe Spannung von über 1000 V. Die Ionen in der Flamme werden vom elektrischen Feld zur Seite bewegt. Es sieht so aus, als würde ein Wind von links wehen.
aus  lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-27: Die Flamme einer Kerze in einem Ionenstrom, zwischen den Elektroden liegt eine Hochspannung an. Die Ionen bewegen die Flamme zur Seite (FB)
vlcsnap-00225_g.jpg
Abb.01-05: Plattenkondensator aus zwei Aluminiumblechen mit angelegter Hochspannung 2,1  kV
Die in der Flamme aufsteigenden Ionen werden nach rechts abgelenkt.
aus stroemung-rotierend.htm#kapitel-01-03
Abb. 01-18: Spannung:  2,15 kV, die Flamme reicht nach links bis über das "n" von Unigor hinaus.
imj_8051_g.jpg
Abb. 01-06:
aus  lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-21: Gasentladung im schwachen Vakuum: Glimmentladung
Die Hochspannung (Gleichstrom) liegt zwischen den beiden Elektroden, jeweils am Ende der Röhre.
Links Anode, rechts Kathode
gasentladung.htm
 (FB)
imj_8353_g.jpg
Abb. 01-07: Gase in einem Glasrohr werden leitfähig.
aus lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-19: Helium-Neon-Laser. Eine Gasentladung führt den Helium-Neon-Atomen in dem langen Glasrohr Energie zu (genannt "pumpen"). Die Laserstrahlung wird über die seitlichen schrägen Fenster in die normale Atmosphäre ausgekoppelt und an den justierbaren Spiegeln reflektiert. Einer der Spiegel ist teilweise durchlässig. Von dort gelangt ein Teil der Strahlung nach außen. (FB)
imm_3769-a_g.jpg
Abb. 01-08:
aus   lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-07a:Spektrallampe und einfaches Spektrometer mit einer CD als optisches Gitter (FB)
imj_8400_g.jpg
Abb. 01-09:
aus lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-23: Gasentladung in einer Plasmakugel mit Helium und Neon als Füllung (FB)


IMH_2806_g.jpg
Abb. 01-10: Penning Vakuummeßgerät.
Zwischen der inneren Elektrode (Drahtrahmen als Pluspol) und den beiden äußeren Elektroden (Bleche) liegt Hochspannung.

                Minuspol         Pluspol           Minuspol
                    |                  ||                    |

Es fließt ein Strom, dessen Stärke vom Gasdruck in der Kammer abhängt.
Bei Luftdruck und auch bei idealem Vakuum ist er auch nahezu Null.
Im Bereich zwischen 10-2 Torr und 10-6 Torr (~mbar) fließt ein meßbarer Strom und ist ein Maß für den Gasdruck in der Kammer. (FB)
IMH_2808_g.jpg
Abb. 01-11: Um die Entladungsstrecke ist ein starkes Magentfeld angebracht, damit sich die Gasionen nicht auf direktem  (sehr kurzem) Wege zwischen den Elektroden bewegen. Die Entladung würde schnell erlöschen. Stattdessen fliegen sie durch Magnetfeld auf Kreisbahnen und es kommt so zu einem längeren Flugweg, bei dem sie mit anderen Molekülen zusammenstoßen können.
Dadurch brennt die Entladung auch noch bei kleineren Drücken, der Meßbereich vergrößert sich dadurch. (FB)
IMH_2804_g.jpg
Abb. 01-12: Anzeige in Torr (760 Torr = 1013 mbar)
Vakuummeßgerät Penning-Vac Fa. Heraeus (ca. 1965)  (FB)



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Abb. 01-13: Ablenkung des sichtbaren Teils in einer Gasentladung durch einen Elektromagneten.
aus stroemung-rotierende.htm#kapitel-01
Abb. 01-06a: Gasentladung in einem Glasrohr unter dem Einfluß von einem Magnetfeld.
Der leuchtende (horizontale) Faden wird von dem Magnetfeld zweier Kupferspulen nach unten abgelenkt. Man nutzt das Feld zwischen den oberen beiden Polen der Spulen. Dieses hat im Glasrohr eine nahezu horizontale Ausrichtung und steht damit senkrecht zum Stromfluß dort.
P. Villard, Sur le méchanisme du lumière positiv, Seite 707, Comptes rendu acad. 19.03.1906
dscn5896-a_g.jpg
Abb. 01-14: Bewegung des "positiven Lichtes"  luminière positive  im Magnetfeld
aus stroemung-rotierende.htm#kapitel-01
Abb. 01-06b: Gasentladung in einem Glasrohr unter dem Einfluß von einem Magnetfeld.
Erläuternder Text zur Ablenkung von geladenen Teilchen.
P. Villard, Sur le méchanisme du lumière positiv, Seite 707, Comptes rendu acad. 19.03.1906



dsco7855_g.jpg
Abb. 01-15: Leuchtstofflampe. Im Betrieb mit Hochspannungsgerät.
Die heizbaren Elektroden sind kalt, d.h. sie sind nicht in Betrieb.
Bei entsprechend hoher Spannung zündet die Lampe auch ohne Heizung. (FB)
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Abb. 01-16: Leuchtstofflampe, links ist die Schicht mit dem Leuchtstoff entfernt.
aus lichtquellen.htm#kapitel-04
Abb. 04-06: Leuchtstoffröhre, ein Plasma (blau) erzeugt UV-Licht und regt den Leuchtstoff (weiß) zum Leuchten an. (FB)
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Abb. 01-17: Lichtquelle, Hintergrundbeleuchtung für LCD-Bildschirme,
Backlight mit Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (Kaltkathodenröhren)
Glasrohr 5 mm, daneben ein dünner Draht für den Anschluß der rechten Elektrode.
Passend dazu ein Wandler, der aus 12 V Gleichspannung über 500 V Wechselspannung erzeugt.
Zündspannung 900 V AC, Brennspannung 550 V AC, 3.6 W,   20 - 80 kHz
(FB)






2. Scheibenförmige Elektroden


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ABb. 02-01: Zwei 20-Cent-Münzen sind an die Pole des Hochspannungsgerätes angeschlossen (FB)
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Abb. 02-02: Vakuumglocke, Pluspol links, Minuspol rechts.
Die Zuleitungen sind mit Silikonschlauch ummantelt, damit nicht schon dort eine Entladung brennt. (FB)
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Abb. 02-03: von oben:
links: das Hochspannungsgerät    -3000 V      0        +3000 V
recht: die Anschlüsse für die Vakuumpumpe, Meßgeräte und Füllarmatur für andere Gase,
Neon   (FB)
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Abb. 02-04: Entladung bei Luft, höherer Druck ( schlechtes Vakuum)  (FB)
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Abb. 02-05:  Luft, niedrigerer Druck (FB)
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Abb. 02-06: Luft, noch kleinerer Druck  ca. 1 mbar (FB)




Pluspol links, Minuspol rechts

3. Entladung bei unterschiedlichen Drücken, Scheiben als Elektroden

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Abb. 03-01a: Neon  links fast nichts,
          rechts sehr breit.  
Neon, geringes Vakuum
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GOPR1642-a_k.jpg
Abb. 03-02a:  CO2  druck > 1mbar,
     rechts breite Struktur, links kaum etwas
CO2  besseres Vakuum
         links etwas mehr, rechts sehr breit
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gopr1646-a_k.jpg
Abb. 03-03a:  CO2  Druck < 1mbar,
        rechts sehr breite aber dünne Struktur,
        links : Blase wie eine Membrane
CO2  noch besseres Vakuum
       rechts sehr schwach,
       links  flache Struktur
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gopr1651-a_k.jpg
Abb. 03-04a: Ballongas (Helium) Druck >1 mbar
Ballongas (Helium) Druck < 1 mbar
          links Blase
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Abb. 03-04a: Sauerstoff 
            links Blase
Sauerstoff
         links Blase
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gopr1664-a_k.jpg
Abb. 03-05a: Propan 10%, Propylen 25%,
                  Butan 65%
Propan, Propylen, Butan
        links intensiver als rechts
gopr1666-a_k.jpg
gopr1669-a_k.jpg
Abb. 03-06a: Xenon
Xenon  mit geringerem Druck
         verbreitert sich die Struktur




4. Versuche mit langen Elektroden
4.1  Aufbau

dsco7654_g.jpg
Abb.04-01:  rechts Minuspol, links Pluspol (FB)
dsco7655-a_g.jpg
Abb.04-02: Hochspannungsgerät, Voltmeter, Amperemeter,
der Mittelpunkt der Spannungsquelle ist geerdet. (FB)
dsco7656-a_g.jpg
Abb.04-03: Die rechte Elektrode (Minuspol) ist komplett von der Entladung überzogen und sehr dick.
Niedriger Druck   unter 1 mbar (FB)
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Abb.04-04: mittlerer Druck etwa 1 mbar (FB)
dsco7661-a_g.jpg
Abb.04-05: Mit abnehmendem Druck in der Kammer kriecht die Entladung weiter nach unten.
noch geringerer Druck, die Entladung ist schmal, über 1 mbar. (FB)





4.2 Einfluß von einem starken Neodym-Magnet auf die Entladung

Am Pluspol ( links) gibt es eine Struktur, die wie ein Milchtropfen aussieht. Mit dem Magneten läßt sie sich auf dem Kupferdraht nach oben, unten, vorne und hinten verschieben.
Der leuchtende Brereich am Minuspol folgt teilweise der Bewegung des Magneten.
Es war nur ein geringer Unterschied in der Wirkung der beiden Magnetpole zu beobachten.
 

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Abb.04-06a: Tropfen oben
Tropfen vorne, Magnet zieht die andere Struktur nach oben
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Abb.04-07a:Tropfen vorne,
 Magnet verschiebt die rechte Struktur
 Tropfen nach links/vorne verschoben
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Abb.04-08a: Tropfen vorne/unten
 Tropfen vorne
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Abb.04-09a: Tropfen oben
Tropfen vorne
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Abb.04-10a:Tropfen vorne/unten
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Abb.04-11a: Tropfen hinten/unten
Tropfen hat sich geteilt
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Abb.04-12a: Tropfen oben/hinten
 Tropfen oben/vorne




Die Entladung am Minuspol wächst mit abnehmendem Druck und kriecht an dem Draht herunter.
Mit dem Magneten läßt sich das untere Ende "greifen" und durch Ziehen nach unten verlängern.


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Abb.04-13a: Die Struktur rechts ( "Wurst") ist noch kurz, oben links ist am Pluspol eine kleine helle Entladung
Mit abnehmendem Druck wir die "Wurst" länger. Sie wächst sowohl nach oben als auch nach unten.
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Abb.04-14a: Der überzug wird länger

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Abb.04-15a: mit besserem Vakuum erweitert sich der Durchmesser
Einfluß vom Magneten
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Abb.04-16a: Die Hülle läßt sich mit dem Magneten anziehen.

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Abb.04-17a: läßt sich mit dem Magneten nach unten ziehen
bis zum Silikonschlauch
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Abb.04-18a: der Magnet "saugt" etwas an
 auch am oberen Ende



4.3 Einfluß von Druck und Spannung

Die Länge der leuchtende Hülle um den Minuspol reagiert auf veränderte Einstellung von Spannung bzw. Strom.
Bei hohem Strom ist das Gebilde länger als bei kleinerem Strom.
Bei periodischem Verstellen des Regeltrafos hüpfte das untere Ende auf und ab.
Es hat die Form wie der Rock einer Frau, der sich nach unten erweitert.

Plötzlich teilte sich die Entladung in zwei Bereich auf, deren Enden an der Trennstelle ebenfalls die Aufweitung zeigten.

Mit dem starken Magneten konnte man die Form der Entladung verändern. Es war nur ein geringer Unterschied in der Wirkung der beiden Magnetpole zu beobachten.


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Abb.04-19a: noch bei höherem Druck, kurz nach dem Zünden der sichtbaren Entladung.
Die leuchtende "Wurst" rechts wird mit abnehmendem Druck länger.
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Abb.04-20a: wird länger

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Abb.04-21a: erreicht den Bogen des Kupferdrahtes

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Abb.04-22a: wächst nach unten weiter

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Abb.04-23a: am unteren Ende gibt es einen Wulst.

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Abb.04-24a:
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Abb.04-25a: nach mehrmaligen  periodischen Veränderung der Hochspannung ist die "Wurst" eingerissen und hat sich geteilt.

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Abb.04-26a: Die Wülste an den vier Enden zerfasern ein wenig.

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Abb.04-27a: Je nach eingestellter Spannung ist das untere Stück mal kürzer und mal länger.

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Abb.04-28a: Beide Hälften vereinigen sich.
Die Summe ist nach unten verschoben.
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Abb.04-29a: Das Vakuum ist allmählich besser geworden.
Einfluß vom Magneten
Die Wirkungen von Nord- und Südpol des Magneten sind nur geringfügig unterschiedlich.
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Abb.04-30a: Einfluß vom Magneten
Einfluß vom Magneten
Bei der einen Polseite läßt sich der hellere Fleck in Richtung der Kamera erzeugen mit der anderen nicht.
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Abb.04-31a: Einfluß vom Magneten auf den Pluspol links oben.
Einfluß vom Magneten auf den Pluspol links oben.



5. Crookes-Rohr

  • Bei den folgenden Experimenten wurde das Rohr evakuiert und bei laufender Vakuumpumpe jeweils etwas Gas eingelassen bis etwa zum Druck von 1/10 Luftdruck (100 mbar). 
  • In den nächsten Minuten verbesserte die Pumpe das Vakuum.
  • Sie erniedrigte den Druck wieder bis unter 1/1000 Luftdruck und weniger.
  • Der erreichbare Enddruck war etwa 1 / 10 000 Luftdruck  (0,1 mbar).
  • Da das Vakuumsystem nicht 100% dicht war, strömten laufend geringe Mengen Luft hinein, so daß sich das
    zugegebene Gas allmählich verdünnte und es durch das weitere Abpumpen allmählich durch Luft ersetzt wurde.
  • Bei Abpumpen zündete die Entladung bei: Druck kleiner als etwa 6 mbar, angelegte Spannung von über 1000 Volt
  • Die Entladung brennt bei einem Gleichstrom von einigen Milliampere. Verstellt man am Netzgerät die Eingangsspannung für den Hochspannungstrafo am Potentiometer, erhöht sich die interne Leerlaufspannung. Ein eingebauter Vorwiderstand begrenzt den zur Verfügung stehenden Gleichstrom.
5.1 Übersicht

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Abb. 05-01-01: links Stiel-Elektrode, Material Al Mg Si Pb F28, rechts Plattenelektrode Al Cu Mg 1 F40
Die linke Elektrode (hier als Pluspol, Anode) wurde im Laufe der Versuche überhitzt, ein Teil des Materials bereits ist abgedampft und hat sich auf der Innenwandung des Glasrohres niedergeschlagen. (FB)
dsco7731_g.jpg
Abb. 05-01-02: Die linke Elektrode (hier als Minuspol, Kathode)
Die Stiel-Elektrode zu Beginn der Experimentserie (hier als Minuspol) (FB)
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Abb. 05-01-03: Minuspol links, Reste von Luft, es bilden sich Kissen aus, Minuspol links (FB)
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Abb. 05-01-04:  Minuspol links, besseres Vakuum,  Entladung mit Dunkelraum (Faraday-Dunkelraum) (FB)
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Abb. 05-01-05:  Ein Magnet lenkt die Teilchen in der  Entladung nach unten ab (FB)
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Abb. 05-01-06: andere Polung, der Magnet lenkt die Teilchen in der  Entladung nach oben ab. (FB)
800px-electric_glow_discharge_schematic.png
Abb. 05-01-07:
     https://en.wikipedia.org/wiki/File:Electric_glow_discharge_schematic.png



5.2 Neon (1)

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Abb. 05-02-01: Minuspol links, Reste von Neon (FB)
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Abb. 05-02-02: Reste von Neon und Luft (FB)


5.3 Kohlendioxid CO2

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Abb. 05-03-01: Reste von CO2, Kohlendioxid (FB)
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Abb. 05-03-02: kleinerer Druck, CO2 (FB)
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Abb. 05-03-03: noch niedrigerer Druck (FB)


5.4 Helium

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Abb. 05-04-01: Helium (FB)
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Abb. 05-04-02: Helium (FB)
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Abb. 05-04-03: Helium (FB)


5.5. Xenon

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Abb.05-05-01: Xenon (FB)
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Abb. 05-05-02: Xenon (FB)
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Abb. 05-05-03: Xenon (FB)
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Abb. 05-05-04: Xenon, Druck kurzzeitig erhöht (FB)
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Abb. 05-05-05: Xenon, (FB)
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Abb. 05-05-06: Xenon, kurzzeitig Druck erhöht,
Ventil leicht geöffnet,  Farbe wie Nordlicht (FB)
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Abb. 05-05-07: Xenon (FB)
dsco7781_g.jpg
Abb. 05-05-08: Xenon (FB)
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Abb. 05-05-09: Xenon (FB)


5.6 Krypton

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Abb. 05-06-01: Krypton (FB)
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Abb. 05-06-02: Krypton, die Glasröhre ist nun links verspiegelt. (FB)
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Abb. 05-06-03: Minuspol links:  Krypton (FB)


Nach Beschädigung der linken Elektrode, Wechsel der Seiten:  Pluspol links, Minuspol rechts.
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Abb. 05-06-04: Pluspol links: Krypton, Druck hoch, kurz nach dem Zünden der Entladung (FB)
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ABb. 05-06-05: Krypton, Druck fällt weiter ... (FB)
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Abb. 05-06-06: Krypton, Druck fällt weiter .... (FB)
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ABb. 05-06-07: Krypton, Druck noch weiter gefallen (FB)


5.7 Argon

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Abb. 05-07-01: Argon (FB)
dsco7799_g.jpg
Abb. 05-07-02: Argon, Druck fällt weiter (FB)
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Abb. 05-07-03: Argon, Druck fällt weiter (FB)
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Abb. 05-07-04: Argon, Druck fällt weiter (FB)


5.8 Neon (2)

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Abb. 05-08-01: Neon (FB)
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Abb. 05-08-02: Neon (FB)
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Abb. 05-08-03: Neon, etwas Luft verändert die Farbe (FB)




5.9 Ablenkung der Entladung mit einem Magnet


Wird der Entladungsstrom durch ein Magnetfeld abgelenkt, gibt es eine Radialbeschleunigung für die Ladungen.
Dabei entsteht Bremsstrahlung. Diesen Effekt nutzt man z.B. in einem Undulator aus.

Abb. 01-28 beschleunigte-ladungen.htm

Bei diesem Entladungsrohr läßt sich die Ablenkung mit einem einfachen Magneten erzeugen und anhand der leuchtenden Strecke gut beobachten. Die sichtbare Entladung verändert ihre Bahn.

Als weiterer Effekt entstehen bei einer solchen Ablenkung spürbare Strukturen (z.B. ein Orbital) mit einem Radius von über 0,5 m.
Ausdehnung und Ausrichtung der Hauptachse ist noch zu untersuchen.

Diesen Strukturen hätten vor über 180 Jahren auch einige Forscher finden können, sofern sie mit erweiterten Fähigkeiten das Experiment verfolgt hätten.


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Abb. 05-09-01: links Pluspol, Luft (FB)
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ABb. 05-09-02: links Pluspol,  Magnet, Südpol zeigt zur Kamera (FB)
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Abb. 05-09-03: links Pluspol, Magnet, Nordpol zeigt zur Kamera, Beschriftung Nordpol ist sichtbar  (FB)
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Abb. 05-09-04: Permanentmagnet, Ferrit (FB)
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Abb. 05-09-05: Magnet, Südpol zur Kamera (FB)
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Abb. 05-09-06: Magnet,  Nordpol zur Kamera (FB)



Literatur:  b-literatur.htm

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