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Beobachtungen:

Neue Experimente zur Physik der spürbaren Effekte    Teil 006




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mit Ergänzung vom 15.11.2012



6. 0  Stromdurchflossene Spulen


6.0 Toroidspule


imp_1170_g.jpg
Abb. 06-01-01: Ein zu einem Ring gebogener Schlauch besitzt spürbare Zonen (FB)
imp_1397_g.jpg
Abb. 06-01-02: Toroidspule.  Ein Kupferdraht (1,5² mm) ist auf einen 8 mm Dorn gewickelt. 28 Windungen. (FB)
imp_0564-a_g.jpg
Abb. 06-01-03: Das Magnetfeld einer Toroidspule. Der größere Teil ist innerhalb des Ringes. (FB)
imp_0565-a_g.jpg
Abb. 06-01-04: Im Nahbereich des Drahtes (FB)
imp_1353_g.jpg
Abb. 06-01-05: Toroidspule mit 110 Windungen. (FB)
imp_1886-a_g.jpg
Abb. 06-01-05a: Toroidspulen mit 28, 110 und 66 Windungen (FB)
imp_1030-a_g.jpg
Abb. 06-01-06: Toroidspule mit 66 Windungen. (FB)
imp_1335-b_g.jpg
Abb. 06-01-07: Die Toroidspule steht auf dem Holztisch (in der oberen Bildmitte).
Die spürbaren Streifen verlaufen etwa jeweils mit 45 Grad von der Spulenachse nach außen.
Die Strukturen sind symmetrisch zur Spulenachse (weiße Linie) und haben die Form eines Fischgrätenmusters. Sie sind mit rotweißem Band markiert.
Zum Größenvergleich im Vordergrund ein Maßstab mit Dezimeterteilung.
Zur Ermittlung der Geometrie der Strukturen liegt in Spulenachse unten auf dem Boden ein Maßband.
Der Abstand der Streifen hängt von der Größe des Stromes ab.
Die Strukturen sind nur auf der einen Seite der Spule (der Kamera zugewandt) zu beobachten. Beim Umpolen des Stromes wechselt die Seite. (FB)
imp_1336_g.jpg
Abb. 06-01-08: Den Strom liefert ein geregeltes Gleichspannungsnetzteil. In Reihe dazu ein Vorwiderstand von einigen MegaOhm, Messung erfolgt mit Keithley DigitalMultiMeter 177, Auflösung 1 nA.
Bei den kleinsten Strömen kam der Meßwert zusätzlich von einem Gleichstrommeßverstärker der Firma PHYWE. (FB)
imp_1351_g.jpg
Abb. 06-01-09:  Strom durch die Spule 0,2 nA, großer Abstand d.h. geringe Anzahl von Streifen pro Flächeneinheit. (FB)
imp_1349_g.jpg
Abb. 06-01-10:  Strom durch die Spule 1 nA (FB)
imp_1344_g.jpg
Abb. 06-01-11:  Strom durch die Spule 3 nA (FB)
imp_1339_g.jpg
Abb. 06-01-12:  Strom durch die Spule 9 nA (FB)
imp_1357_g.jpg
Abb. 06-01-13:  Strom durch die Spule 30 nA (FB)
imp_1360_g.jpg
Abb. 06-01-14:  Strom durch die Spule 100 nA, kleiner Abstand der Streifen, d.h. große Anzahl pro Flächeneinheit. (FB)
toroidspule-fischgraete-0-03.jpg
Abb. 06-01-15: Positionen der Streifen für unterschiedliche Ströme ( 10 bis 500 nA) fortlaufend aufgetragen.
Spule mit 28 Windungen. An den Ausgleichsgeraden sind die Parameter der Gleichung ausgegeben. (FB)
toroidspule-fischgraete-0-01.jpg
Abb. 06-01-16: Positionen der Streifen für unterschiedliche Ströme ( 3 bis 160 nA) fortlaufend aufgetragen.
Spule mit 60 Windungen. (FB)
toroidspule-fischgraete-0-02.JPG
Abb. 06-01-17: Positionen der Streifen für unterschiedliche Ströme (0,2 bis 100 nA) fortlaufend aufgetragen.
Spule mit 110 Windungen. (FB)
toroidspule-fischgraete-0-04.jpg
Abb. 06-01-18: trägt man die Anzahl der Streifen pro Länge (Dichte) gegen Strom halblogarithmisch auf, ergeben sich diese Kurven für die drei Spulen mit 28, 60 und 110 Windungen.  Der Versuch einer Anpassung mit einer Potenzfunktion zeigt Werte im Bereich von 1/2, d.h.  das Quadrat der Anzahl der Zonen pro Länge (also Anzahl pro Fläche) ist proportional zum Strom.

Spule 3,  110 Wdg.           
Strom / nA    Abstand/m    1/Abstand    1/Abstand²
100    0,88    1,14    1,29
 30    1,30    0,77    0,59
 10    2,20    0,45    0,21
  3    2,60    0,38     0,15
  1    4,80    0,21     0,04
0,2   7,25    0,14     0,02
                                      
Spule 1,  60 Wdg.       
160   0,88   1,15    1,32
80    1,02    0,98    0,96
40    1,38    0,72    0,53
20    1,90    0,53    0,28
  6    3,50    0,29    0,08
  3    4,46    0,22    0,05

Spule 5, 28 Wdg.           
500    0,87    1,15    1,32
200    1,41    0,71    0,50
 50    4,07    0,25    0,06
 10    7,90    0,13    0,02

(FB)
toroidspule-fischgraete-0-05.jpg
Abb. 06-01-19: Die Auftragung der Anzahl der Zonen pro Fläche (1/Abstand ²) gegen den Strom ergibt annähernd Geraden.
Wenn die Streifendichte auf die Fläche bezogen vergleichbar wäre mit dem Begriff der magnetischen Flußdichte bei Magnetfeldern, dann entspräche die Gesamtzahl der Streifen dem magnetischen Fluß.
In diesem Sinne würde zu dem Begriff  "Streifen"  der Begriff "Flußquant" gehören.

Das magnetische Flußquant hat die Größe   Phi = h/2e = 2,067  1e-15 Wb    

(1 Wb = 1Vs,   1 T = 1 Vs/m²,    1T = 1Wb/m²,     1Wb = 1 Tm²)

Für eine einfache Leiterschleife (ohne Wendel) mit 11 cm Durchmesser und einem Strom von
1e-8 A (10 nA) ergibt sich im Abstand von 5 Metern auf der Spulenachse eine magnetische Flußdichte von

I = 1e-8 A
mü0=1.26E-06 Vs/A/m
R = 0,055 m
z = 5 m

Magnetische Flußdichte Bz = mü0 * I * R² / 2 / z³ = 1,5e-19 T

Die Kugelfläche um die Leiterschleife im Abstand von 5 Metern hat eine Oberfläche von
4 pi R² = 4 pi 25 = 314 m²

Rechnung nur grob!!!! ????????????  gilt nur wenn die Flußdichte innerhalb der Kugel überall gleich ist, dann wäre
 der Fluß 1,5e-19 T * 314 m²  = 0,046 e-15 Tm²    (Wb)

(FB)
toroidspule-fischgraete-strom-windungen.jpg
Abb. 06-01-19a: Auftragung gegen das Produkt aus Strom und Windungszahl. Die Daten lassen vermuten, daß die Verhältnisse ähnlich sein könnten wie bei einer langen Spule, bei der das Magnetfeld proportional zum Produkt aus Strom und Windungenzahl ist.  (FB)
imp_1490-a_g.jpg
Abb. 06-01-20: Spule aus 0,3 mm Kupferdraht mit 57 Windungen, gewickelt auf einem 2,5 mm Dorn. (FB)
imp_1485-a_g.jpg
Abb. 06-01-21: Bei dieser kleineren Spule wird gut sichtbar, daß die Zonen sich nach außen hin senkrecht zur Spulenachse ausrichten. (Ekman-Spirale???)
Der mittlere Abstand der Zonen ist etwa 1 Meter, bei einem Strom von 18 nA.  (FB)



15.11.2012

Detektieren der Strukturen mit feinerer Auflösung.

imp_4705_g.jpg
Abb. 06-01-22: Toroidspule Nr. 5, 185 nA, von FB markierte Strukturen (FB)
imp_4707_g.jpg
Abb. 06-01-23: Toroidspule Nr. 5, 185 nA
imp_4711_g.jpg
Abb. 06-01-24:Toroidspule Nr. 5, 185 nA, Spannungsteiler 1000:1 (FB)
imp_4714_g.jpg
Abb. 06-01-25: Toroidspule Nr. 5, 185 nA, von GE markierte Spuren.
Jede zweite der von FB markierten soll nicht unmittelbar von der Spule (Reflexionen) stammen.
Die weißen Maßstäbe haben einen Länge von drei Metern. (FB)
imp_4716_g.jpg
Abb. 06-01-26: Toroidspule Nr. 5, 185 nA, von GE markierte Spuren. (FB)


Weitere Ergebnisse, Experimente vom 1.12.2012

Bei genauerer "Betrachtung" durch vier  "sehende" bzw. spürende Personen konnte das Bild über die Strukturen verfeinert werden.

kuehlwasser-achtzehn-06.htm#kapitel-06

kuehlwasser-achtzehn-07.htm#kapitel-07


imp_4954-a_g.jpg
Abb. 06-02 in kuehlwasser-achtzehn-06.htm#kapitel-06 :
Beobachtungen, Protokollnotizen:
Versuch 5.1:
   Bei 110 nA hat die Struktur drei Knoten bei 0,7 ; 2,6 und 4,3 Meter.
imp_4915_g.jpg
Abb. 07-07 in kuehlwasser-achtzehn-07.htm#kapitel-07:
Links die Toroidspule, Marierungen für eine Stromstärke von 210 nA. (FB)
imp_4959-b_g.jpg
Abb. 07-12  in kuehlwasser-achtzehn-07.htm#kapitel-07:
Versuch 8.3:
Verfeinerte Skizze der beobachteten Objekte, die aus unterschiedlichen Qualitäten bestehen. Die Toroidspule ist links. Im Bild nach oben und unten bzw. senkrecht aus dem Bild heraus und in das Bild hinein gibt es Gruppen von verschiedenen Keulenorbitalen.
Protokollnotiz:
GE: Wieviele verschiedenen Keulenorbitale existieren bei dieser Versuchsanordnung? / vier
(FB)




Toroidspule-test, mehrere Personen finden ähnliche Strukturen

toroidspule-test.htm




Toroidspule im Vakuum


imp_4735_g.jpg
Abb. 06-01-26: Toroidspule Nr. 5, 185 nA, Vakuumkammer aus Plexiglas (FB)
imp_4736-a_g.jpg
Abb. 06-01-26: Toroidspule Nr. 5 im Vakuum, 185 nA,
Die Doppelspiralen der Toroidspule verschwinden nach Abpumpen der Luft.
Dagegen bleibt der Doppeltorus (acht parallele Marken) erhalten.  Er stammt von den beiden parallelen Stromzuführungen durch den Glockenboden hindurch. (siehe Abbildung vorher) (FB)









6.2   Bifilare Spule, Caducaeus Spule, Möbius-Spule,
              zweiadriger Leiter kurzgeschlossen und Thermoelement
           Magnetfelder, die sich gegenseitig aufheben


imp_1677_g.jpg
Abb. 06-02-01: rund 8 Meter Kupferlitze  2x0,75, ca. 45 Windungen auf 60 mm Kern.
Der zweiadrige Draht ist am Ende kurzgeschlossen. Der Strom fließt also hinein und in umgekehrter Drehrichtung wieder heraus. Nach den Regeln der Lehrbuchphysik sollten sich die Magnetfelder der beiden Drähte im Fernbereich aufheben. (FB)
imp_1678_g.jpg
Abb. 06-02-02: Die Spule ist ein Hohlkörper mit 60 mm Durchmesser für den Innenraum (FB)
imp_1669_g.jpg
Abb. 06-02-03: Ein Strom von 200 nA fließt durch die Spule und einen in Reihe dazugeschalteten  Widerstand von 2 MOhm. (FB)
imp_1675_g.jpg
Abb. 06-02-04: Spule im Vordergrund, im Hintergrund die mit Holzstäben markierten Positionen der spürbaren Strukturen.
Nach links: bei negativem Strom  -3nA, nach rechts: bei positivem Strom +3nA
Bei kleineren Strömen ändert sich das Muster in der Form, daß die Abstände größer werden.
D.h. die Dichte der ausgelegten Holzstäbe pro Fläche nimmt mit dem Spulenstrom ab. (FB)
caducaeus-spule-0-01.jpg
Abb. 06-02-05: Positionen der beobachteten Strukturen fortlaufend aufgetragen. Es handelt sich um die Radien von ringförmigen Gebilden, die man sich im Außenraum etwa als Scheiben wie beim Planet Saturn vorstellen kann.
Parameter ist der Spulenstrom (in nA). Für die beiden Polaritäten ergeben sich unterschiedliche Positionen. Offensichtlich liegen die Strukturen einer Polarität genau in der Mitte zwischen denen der anderen Polarität. (mit rot bzw. blau gekennzeichnet)
Im Nahbereich der Spule läßt sich ein Torus beobachten (Positionen mit gelb markiert). (FB)



Möbius-Spule

imp_1808_g.jpg
Abb. 06-02-06: Eine Möbiusspule, sie hat zwei Windungen, in denen der Strom jeweils gegeneinander  läuft. (FB)
imp_1816-a_g.jpg
Abb. 06-02-07: Anschluß der beiden Windungen (FB)
moebius-spule-0-01.jpg
Abb. 06-02-08: In Achsenrichtung der Spulenfläche gibt es spürbare Flächen, deren Position vom Spulenstrom abhängt.   Strom in picoAmpere !!!
Auftragung der Positionen auf der Symmetrieachse gegen eine fortlaufende Zahl.
Die Intensität des spürbaren Musters ist komplizierter als bei einer stehenden Welle.
Es gibt mehrere Minima und Maxima innerhalb einer "Periode".   (Kamelhöcker)
Für die Daten wurde die Position des kleinsten Minimums ausgewertet. (FB)


andere Bauarten, Doppeldraht

imp_1818_g.jpg
Abb. 06-02-09:  Zwei Spulen ineinander gewickelt. (FB)
imp_1851_g.jpg
Abb. 06-02-10: Links die Möbiusspule, und neben den zwei blauen Spulen hängen rechts zwei parallele Messingstäbe, die unten kurzgeschlossen sind. Ganz rechts ist ein Thermoelement aufgeklebt mit zwei parallelen Drähten aus unterschiedliche Materialien, die mit Glasseide isoliert sind. Unten sind beide Drähte miteinander verlötet.
(FB)
imp_1854-a.jpg
Abb. 06-02-11: Zwei parallele Messingstäbe unten kurzgeschlossen. (FB)
imp_1853_g.jpg
Abb. 06-02-12: Ausgelegt ist das spürbare Muster der beiden Messingstäbe beim Strom von ungefähr einem nanoAmpere. (FB)
imp_1829-a_g.jpg
Abb. 06-02-13: Das untere Ende des Thermoelementes mit den beiden verlöteten Drähten (FB)
imp_1837_g.jpg
Abb. 06-02-14:
Spürbare Muster durch den Strom in dem Thermoelement. Er fließt über die Verbindung der Thermoelement-Ausgangsklemmen mit einem 8 MOhm-Widerstand. Die kleinen Thermospannungen der unterschiedlichen Materialen von rund 40 mikroVolt pro Grad reichen zur Stromerzeugung aus.
(FB)
imp_4772_g.jpg
Abb. 06-02-15:
zwei parallele Drähte in einer Vakuumglocke, Kupfer 1,5 mm², Länge 19 cm, Abstand 10 mm 
Ohne Strom:
zwei sich schneidene Ebenen, die Schnittachse steht senkrecht.
Beim Herumlaufen um diese Achse ist ein "Malteserkreuz" zu beobachten.
Die Qualitäten der Arme sind AL1 / AT2 / AL1 / AT2
Es gibt kissenförmige Zonen zwischen den Armen des "Malteserkreuzes" (von innen nach außen)
Qualitäten:  EAT1  MAT1  EAL1  MAL1, Maße:   0,37-0,56 ;  1,11-1,32 ;  1,85-2,13 ; 2,65 -2,92 m
senkrecht dazu 
          EAL1  MAL1  EAT1  MAT1
     19.11.2012  (FB)
imp_4784-a_g.jpg
Abb. 06-02-16: Meßprotokoll: Anordnung von Kissen und "Malteserkreuz" (FB)
imp_4773_g.jpg
Abb. 06-02-17: zwei parallele Drähte ohne Vakuumglocke, kissenförmige Zonen bei Stromfluß 180 nA

Qualitäten:  EAT1  MAT1  EAL1  MAL1, Maße:   0,5-0,85 ;  1,3-1,6   ;  2,2-2,5  ; 3,1 -3,4 m

mit Glocke noch nicht evakuiert
Qualitäten:  EAT1  MAT1  EAL2  MAL2, Maße:   0,4-0,65 ;  1,15-1,4 ;  2,05-2,3 ; 2,85 -3,1 m   ??
 
 (FB)
imp_4774_g.jpg
Abb. 06-02-18:nach Abpumpen der Luft verschwinden die Kissen und das "Malteserkreuz".
Nach Füllung mit 10 mL Argon sind beide Strukturen wieder da.
(FB)
imp_4775-a_g.jpg
Abb. 06-02-19: zwei parallele Drähte in einer Vakuumglocke dicht nebeneinander, der eine ist mit Kunststoff ummantelt, der andere blank. (Isolierung teilweise entfernt)
Ohne Glocke mit Strom: acht Strahlen (zwei Malteserkreuze)  und vier Kissen jeweils dazwischen.
Mit Glocke, Strom und Vakuum gibt es keine Strukturen. (FB)
imp_4786-a_g.jpg
Abb. 06-02-20:Die Kissen zwischen den Armen der "Malteserkreuze" beginnen von innen etwa bei 1,8 Meter Radius und haben in den Sektoren jeweils andere Qualitäten. (FB)



senkrechter Draht

imp_1394_g.jpg
Abb.06-02-21: Ein Kupferlackdraht hängt senkrecht an dem Zeigestock (wie an einer Angel).
Fließt ein Gleichstrom von 3000 nA, dann entstehen diese spürbaren Strukturen. (FB)








6.3 Stromdurchflossener Leiter unter Quarzitblock

Experiment nach Endrös    /Endrös 1993/

endros2-a-bunt_g.jpg
Abb. 06-03-01: Unter einem Quarziblock (rot) liegt ein stromdurchflossener Draht (blau).
Das Exeriment soll auch mit einer Wasserströmung anstelle des Drahtes funktioniert haben.
Mit einem Thermosensor (grün) aus der Astrophysik hat Endrös an einigen Stellen über dem Block erhöhte Strahlung gemessen.
Auf diesem Originalbild sind die gefundenen Austrittsstellen der Strahlung an der Blockoberseite durch gerade Linien mit der Position des Drahtes verbunden. In dem Draht flossen 6 mikroAmpere. /Endrös 1993/
imp_1776_g.jpg
Abb. 06-03-02: Unter einem Quarzitblock liegt der eine Schenkel eines Thermoelements. Die zugehörige Lötstelle befindet sich unter dem Wasserglas rechts. Die andere Lötstelle taucht in warmes Wasser (links im Bild). In der Thermoleitung befinden sich zwei Drähte. Somit fließt unter dem Quarzitblock der Thermostrom durch den einen Draht zur Lötstelle hin und durch den zweiten parallel dazu wieder zurück. Die Magnetfelder beider stromdurchflossener Drähte sollten sich aufheben, da sie entgegengesetzt gleich sind.
Im Stromkreis befindet sich noch ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung und ein Digital-Multimeter, Meßbereich 20 mikroAmpere. Bei einer mäßigen Temperaturdifferenz von 10 Grad zwischen den beiden Wassergefäßen lassen sich problemlos Ströme im mikroAmperebereich erreichen.
Der angezeigte Wert ist 0.002 und somit 2 nA. (FB)
imp_1779_g.jpg
Abb. 06-03-03: Auf der Oberfläche des Blocks lassen sich bei ausgewählten Positionen spürbare Effekte beobachten, deren Austrittstellen (gelb) durch Spüren mit dem Finger detektiert wurden. (FB)
imp_1780_g.jpg
Abb. 06-03-04: Markierung der gespürten Positionen auf der einen Stirnseite. (FB)
imp_1783_g.jpg
Abb. 06-03-05: Übernahme der seitlichen Markierungen auf die Frontseite und Verbindungslinien zur Position des Drahtes.
Nach dem Austritt der Strahlung aus dem Quarzitblock ändert sich deren Richtung zum Lot hin, wie in der Optik beim Durchgang vom optisch dünneren (unten) zum optisch dichteren Medium (oben). (FB)



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