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Beobachtungen:

Strömung-rotierend

Einfluß von Kräften auf bewegte Teilchen

Strömende Teilchen bewegen sich nur selten geradlinig.
Meist wirken Kräfte auf die Teilchen, die sie zu gebogenen Bahnen veranlassen.

1. Unsichtbare Teilchen: Elektronen und Ionen im elektrischen Feld und ihre Spuren
    1.1 Spitzenentladung, Kohlebogen und Gasentladung
    1.2 Blitze
    1.3 Kerzenflamme in Plattenkondensator im elektrischen Feld eines Plattenkondensators
    1.4 Kerzenflamme im Luftstrom
    1.5 Nebelkammer
2. Wasserströmung, Luftströmung
3. Mitnahme durch rotierende Bewegung einer Umgebung
4. Berechnung von Teilchenbahnen
5. Strömung bei Magneten?

1. Unsichtbare Teilchen: Elektronen und Ionen im elektrischen Feld und ihre Spuren

1.1 Spitzenentladung, Kohlebogen und Gasentladung

siehe auch maxwell-zwei.htm#kapitel-01-04 entladungsrohr.htm

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.

Bei -20 kV sind es etwa 17 Umdrehung in 11 Sekunden (1,6 U/s).
Bei +20 kV sind es etwa 10 Umdrehung in 15 Sekunden (0,66 U/s). (maxwell-zwei-1.3)

Videos dazu:
MOV0A0-spitzenentladung-clz-polung-minus.MOD
MOV09F-spitzenentladung-clz-polung-plus.MOD
vlcsnap-00219.jpg, vlcsnap-00220.jpg
(FB)

Abb. 01-02: Zwischen zwei Spitzenelektroden liegt eine hohe Spannung an. Es fließt ein kleiner Entladungsstrom mit geladenen Teilchen durch die Luft. Die Kerzenflamme wird zur Seite bewegt, zum Minuspol. (FB)

Abb. 01-03: Die Flamme hat sich zum Minuspol bewegt. Spannung 3,8 kV
video: dscn5333.MOV (FB)

Abb. 01-04: Im Inneren einer schwach gasgefüllten Glaskugel befindet sich eine Elektrode, an der eine hohe Wechselspannung anliegt. Es bilden sich Entladungskanäle zum Rand hin aus. (FB)

Abb. 01-05: Legt man seine Fingerspitze an das Glas, lassen sich einzelne Kanäle dadurch anziehen. (FB)

Abb. 01-06: Bei einer Kohlebogenlampe können sich manchmal Kohle-Teilchen von den Elektroden lösen. Ihre Flugbahn ist gekrümmt. (FB)

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

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

Abb. 01-07: Fadenstrahlrohr

bbewegte-materie.htm
Abb. 02-05-09: nach dem Verhältnis von Ladung zu Masse.
Fadenstrahlrohr. Ein Elektronenstrahl läuft in einem Magnetfeld auf einer Kreisbahn. Über den Radius läßt sich das Verhältnis von Ladung zu Masse ermitteln. Wäre am Ende der Bahn eine Blende, könnte man für ein vorgegebenes Verhältnis die Teilchen herausfiltern. (FB)

Abb. 01-08: Gasentladungsrohr und U-förmiger Magnet
gasentladung.htm physik-neu-003.htm#physik-neu-03 (FB)

Abb. 01-09: Mit dem Magneten lassen sich die leuchtenden Gasatome nach unten ablenken.
--> Es bewegen sich geladene Teilchen. (FB)

Abb. 01-10: .. oder nach oben ablenken. (FB)

1.2 Blitze

Abb. 01-11: Entladung an der Spitze einer Teslaspule, Hochfrequenz und Hochspannung (FB)

Abb. 01-12: Die Entladung aus der Nähe. Die Entladungskanäle in der Luft verlaufen nicht geradlinig. (FB)

1.3 Kerzenflamme in elektrischen Feld eines Plattenkondensators

Die Flamme verkürzt sich in der Höhe und verbreitert sich bei Anlegen der Spannung sowohl nach rechts (zum Minuspol) als auch nach links (zum Pluspol). Der Effekt ist zum Minuspol hin jedoch sehr viel größer.

Video: dscn5350.MOV

Flüssiges Wachs steigt im Docht der Kerze nach oben und wird an den heißen Stellen verdampft. Der Dampf strömt zunächst radial nach außen, verbrennt und wird zusammen mit den heißen Verbrennungsgasen nach oben geleitet. Dafür sorgt die Schwerkraft der Erde über den Dichteunterschied zwischen ihnen und der kälteren Umgebungsluft (Kamineffekt). Eine Kerze in der Schwerelosigkeit brennt kugelförmig.
Bei der irdischen Kerzenflamme wirken also die Auftriebskraft, die von unten nach oben gerichtet ist.
Wenn in der Flamme geladene Teilchen (z.B. Ionen) sind, dann kann man durch ein senkrecht dazu stehendes elektrisches Feld eine weitere Kraft in horizontaler Richtung erzeugen und die Flamme seitlich ablenken.

In den nachfolgenden Abbildungen zeigt das Verhalten der Flamme, daß es eine Ablenkung gibt, die mit zunehmender Spannung zunimmt. Folglich sind geladene Teilchen in der Flamme. Die Richtung der Ablenkung (zum Minuspol hin) läßt den Schluß zu, daß es sich um positiv geladene Teilchen handeln muß.

Der linke untere Rand der Kerzenflamme (in "Luv") verbreitert sich mit zunehmender Spannung (entgegengesetzt zur Flammenspitze). Dies könnte durch den verringerten Kamineffekt über der Flamme entstehen.

Abb. 01-13: Hochspannungsgerät, Meßgerät, Plattenkondensator aus zwei Alublechen und Kerze (FB)

Abb. 01-14: Spannung: 0 kV (Meßbereich 5 kV, um 2,5 Skalenteile verschobener Nullpunkt)
Der zweite Buchstabe von "Unigor" am Meßgerät ist vollständig zu lesen. Die Flamme reicht bis fast zur Höhe der Spiegelskala. (FB)

Abb. 01-15: Spannung 0,65 kV, leichte Neigung nach rechts und kürzer (FB)

Abb. 01-16: Spannung: 1,2 kV, sehr viel breiter aber auch kürzer

Abb. 01-17: Spannung: 1,65 kV (FB)

Abb. 01-18: Spannung: 2,15 kV, die Flamme reicht nach links bis über das "n" von Unigor hinaus. (FB)

Abb. 01-19: Spannung: 2,7 kV (FB)

Abb. 01-20: Spannung: 3,15 kV, in "Luv" reicht die Flamme nach links noch weit über den Docht hinaus. (FB)

1.4 Kerzenflamme im Luftstrom

Wenn man die Kerze in einen seitlichen Luftstrom stellt, dürfte sich eine ähnliche Verbiegung der Flamme zeigen.
Die Flamme neigt sich mit zunehmender Luftgeschwindigkeit zur Seite. Aber die Form ist völlig anders als beim elektrischen Feld:
Die Flamme ist nicht gebogen sondern dreieckig. In Luv dehnt sie sich nicht über den Docht hinaus aus.

video dazu: dscn5360.MOV

Abb. 01-21: Ein Computerventilator saugt die Luft an und bläst sie in ein längeres Rohr. In Bereich der Ansaugströmung brennt die Kerze. Die Aluminiumbleche gehörten zum vorherigen Versuch mit der Hochspannung. (FB)

Abb. 01-22: Ohne Ansaugströmung: Die Kerze brennt normal (FB)

Abb. 01-23: leichter Seitenwind (FB)

Abb. 01-24: stärkerer Wind (FB)

Abb. 01-25: sehr starker Seitenwind (FB)

1.5 Nebelkammer

Abb. 01-26: Geladene Teilchen erzeugen kreisförmige Spuren, wenn sie sich senkrecht zu einem Magnetfeld bewegen.

aus bbewegte-materie.htm
Abb. 00-02: In einer Nebelkammer lassen sich anhand der Spuren die Teilchen identifizieren. Teilchen der Höhenstrahlung.
Anderson, Carl D. und Seth Neddermeyer Phys. Rev. 50, 236 (1936) (Bild invertiert)

2. Wasserströmung, Luftströmung

Abb. 02-01: zwei Wasserstrahlen. Das Wassser strömt wegen der Schwerkraft auf nicht geradlinigen Bahnen. (FB)

Abb. 02-02: Auf dem spiegelnden Lack eines Autos haben Regentropfen Dreckspuren hinterlassen.
Man sieht ihre Bahnen, die durch den Fahrtwind gekrümmt sind. Fahrertür. (FB)

Abb. 02-03: Die Spuren bei der rechten Beifahrertür. (FB)

Abb. 02-04: Wassertropfen laufen die Scheibe eines sehr schnell fahrenden Eisenbahnzuges herunter.
Der Fahrtwind bewirkt bei der Tropfenbahn einen sehr flachen Winkel. (FB)

Abb. 02-05:

bbewegte-materie.htm
Abb. 03-01-18: Im Strömungskanal. Wasser strömt von rechts nach links an einem Hindernis vorbei. Im Wasser schwimmende Füllkörper machen die Bewegungen sichtbar. Hinter dem Hindernis bildet sich eine Folge von Wirbeln, die jeweils abwechselnde Drehrichtungen haben. Die Anzahl der Wirbel pro Zeit hängt von der Fließgeschwindigkeit ab und nimmt mit größerer Geschwindigkeit zu. (FB)

Luftströmung

Abb. 02-06: Die Brockenbahn fährt bergauf. Der Abdampf steigt auf, während die Lokomotive weiter fährt. Vermutlich war es bei der Aufnahme windstill. (FB)

Abb. 02-07: Die Brockenbahn steht. Es ist leichter Seitenwind. Der Abdampf steigt auf und wird vom Wind nach rechts getragen. (FB)

Abb. 02-08: Zuckerfabrik in Schladen. Es herrscht stärkerer Seitenwind.
Am Schornsteinkopf teilt sich der Dampf in zwei "Zöpfe" mit unterschiedlicher Rotationsrichtung. (FB)

Abb. 02-09:

aus bbewegte-materie.htm#kapitel-03-01a
Abb. 03-01-11: Regelmäßige Abfolge von Wirbeln beim Kraftwerk Buschhaus (FB)

Abb. 02-10: Dampfschwaden über Kühltürmen, Kernkraftwerk Grafenrheinfeld bei Schweinfurt (fB)

Abb. 02-11 :Kernkraftwerk Philippsburg bei Speyer, es gibt fast keinen Seitenwind. (FB)

Abb. 02-12: Ein Rauchröhrchen wird periodisch mit einem Schlauch von einem Lautsprecher angeblasen. An dessen Spitze treten Rauch-Wirbel auf, die langsam aufsteigen.
strom-sehen-002.htm#pruefrohr
(FB)

3. Mitnahme durch rotierende Bewegung einer Umgebung

Abb. 03-01: Eisenstab an einer Schleifscheibe. Die Funken sprühen tangential weg. (FB)

Abb. 03-02: Ungefähr auf die Mitte einer sich mit dem Uhrzeigersinn (CW) drehenden Scheibe läßt man eingefärbte Stahlkugeln auftreffen. Vorher sind die Kugeln auf einer Winkelschiene herunter gerollt und haben daher beim Auftreffen bereits eine Geschwindigkeit gehabt. Mit Hilfe der Farbe lassen sich die gebogene Bahnen registrieren. (FB)

Abb. 03-03: Ansicht von der Seite (FB)

Abb. 03-04: Ein kleiner Sandsack hängt pendelnd über einer dunklen Unterlage. Der weiße Sack hat ein kleines Loch, aus dem etwas Sand herausrieselt. Läßt man nun Pendelaufhängung und Unterlage um eine gemeinsame vertikale Achse rotieren, entstehen diese Figuren. (FB)

Abb. 03-05:

steinkreise-02.htm
Abb. 02-09: Feuertornado. Auf einer rotierenden Untelage steht ein Zylinder aus einem luftdurchlässigen Blechgitter. Darinnen ist eine Schale mit Brennpaste. Das Feuer erzeugt einen aufsteigenden Luftstrom. Die beim Nachströmen durch das Drahtgitter unten angesaugte zusätzliche Frischluft wird zwar radial angesaugt, hat aber aus der Sicht des rotierenden Beobachters (der Flamme) eine krumme Bahn (Corioliskraft) und trifft leicht tangential auf die Flamme. Damit bekommt die Flammensäule einen Drall. Nebeneffekt: Die Verbrennung ist dadurch verstärkt. (FB)

Abb. 03-06: Brunnen in der Nähe vom Elisenbrunnen in Aachen. Das Wasser fließt am Außenrand tangential zu. In der Mitte fließt es ab. Es entsteht ein Wirbel. (FB)

Abb. 03-07:

bbewegte-materie.htm

Abb. 03-02-04:

aus steinkreise-02.htm#kapitel02
Abb. 02-14: Brunnen in der Nähe vom Elisenbrunnen in Aachen. Das Wasser fließt am Außenrand tangential zu. In der Mitte fließt es ab. Es entsteht ein Wirbel. (FB)

Abb. 03-08: An einem Drehkörper sind Flügel aus Papier befestigt. Die Flügel gehen etwa tangential nach außen weg. Der "Austrittswinkel" hat bei der unteren Hälfte das entgegengesetzte Vorzeichen zu dem der oberen. Versetzt man diesen Rotor in schnelle Drehbewegung, dann bewirkt die Luftreibung in der einen Hälfte ein Anlegen und bei der andern Hälfte ein Abspreizen. (FB)

Abb. 03-09: Rotor mit Flügeln bei unterschiedlichen Drehrichtungen, schematische Darstellung (FB)

Abb. 03-10: Die Rotorachse ist um 180° gedreht, schematische Darstellung (FB)

Abb. 03-11: Ansicht in Achsenrichtung. schematische Darstellung.
Bei den spürbaren Strukturen von rotierenden Stromleitern, Monozelle, Stabmagneten usw. kann man dieses Verhalten beobachten. Polarität und Drehrichtung verhalten sich jeweils komplementär. stromleiter-rotierend.htm
(FB)

4. Berechnung von Teilchenbahnen

Von einem Kreisring gehen zehn Teilchenstrahlen weg über einer sich gegen den Uhrzeigersinn (CCW) drehenden Unterlage.
Aufbau ist ähnlich wie beim Versuch mit der rollenden, gefärbten Kugel auf einer hellen Unterlage, oben Abb. 03-02.

Parameter:

Wegschritt (Abstand der Punkte in der Grafik beim Start, proportional zur Teilchengeschwindigkeit zu Beginn)
Die Bahnen werden jeweils paarweise für zwei Startwinkel gerechnet: 80° bzw. -80°,
d.h. in Richtung bzw. in Gegenrichtung zur Unterlage.
Es wird Gleitreibung zwischen den Teilchen und der Unterlage mit unterschiedlichen Reibungsfaktoren (für radial und tangential) angenommen.

Abb. 04-01: Startwinkel +45°, die Bahnen verlaufen geradlinig. Punktabstand beim Start: 0,5 (FB)

Abb. 04-02: Startwinkel +80°, schwacher Mitnahmeeffekt. Punktabstand beim Start: 0,1
Durch die Rotation werden die Bahnen in die Länge gezogen, wie man an dem Punktabstand erkennen kann. (FB)

Abb. 04-03: Startwinkel -80°, schwacher Mitnahmeeffekt. Im Außenbereich ändert die Bahn ihre Richtung (FB)

Abb. 04-04: Startwinkel +80°, mittlerer Mitnahmeeffekt. Die Bahnen verlaufen weiter innen. (FB)

Abb. 04-05: Startwinkel -80°, mittlerer Mitnahmeeffekt. Im Außenbereich ändert die Bahn ihre Richtung (FB)

Abb. 04-06: Startwinkel +80°, starker Mitnahmeeffekt, sehr enge Bahnen um das Zentrum (FB)

Abb. 04-07: Startwinkel -80°, starker Mitnahmeeffekt, sehr offene Bahnen
Bei der Umkehr der Richtung gibt es einen scharfen Knick. (FB)

5. Strömung bei Magneten?

Um ruhende Magnete herum gibt es eine "Strömung", die sensitive Personen "sehen" oder spüren können.
Das zeigen die Experimente von Reichenbach um 1850.
bbewegte-materie.htm#kapitel-02-01-01

Läßt man nun den Magneten um seine Längsachse rotieren, dann wird die Form der "Strömung" verändert.
Die Vorzeichen von Drehrichtung und Magnetpol spielen dabei eine wichtige Rolle.

rotierende-magnetfelder

stromleiter-rotierend.htm#kapitel-03-01

Abb. 05-00: Anschauliches Beispiel mit einer Bürste, deren Borsten in warmem Zustand tangential verbogen wurden und nun diese Struktur im Ruhezustand behält. Taucht man die Bürste in eine viskose Flüssigkeit und läßt sie links- oder rechtsherum rotieren, verbiegen sich die Borsten.
Bei der ersten Richtung erweitert sich die Struktur, bei der andern zieht sie sich zusammen. (FB)

Abb. 05-01:

stromleiter-rotierend.htm#kapitel-03-01
Abb. 03-01-01: Ferritmagnet Durchmesser 14 mm, Höhe 5 mm, montiert auf Getriebemotor.
Drehzahl umschaltbar 10; 3; 1; 0,3; usw. bis 0,003 Umdrehungen pro Minute (FB)

doppeltorus-doppelt-rotiert-foto-03-mit-massen-002_g.jpg

Abb. 05-02:

stromleiter-rotierend.htm#kapitel-03-01
Abb. 03-02-07: Foto mit Maßen in Meter. Die äußere Umrandung zeigt das Kugelorbital. (FB)

rotierende-batterie-magnet-2014-06-10-diag-magnet-004.jpg

Abb. 05-03:

stromleiter-rotierend.htm#kapitel-03-01
Abb. 03-01-02: Durchmesser der torusförmigen Strukturen als Funktion der Drehzahl und Drehrichtung
bei unterschiedlicher Polarität des Magneten. (bis zu acht Positionen siehe Abb. 01-02-09)
Der Durchmesser nimmt wächst oder schrumpft mit Zu- bzw. Abnahme der Drehzahl.
Bei umgekehrter Polarität des Magneten ist der Wechsel genau umgekehrt.
Drehrichtung bzw. Polarität bestimmen die Richtung des Wechsels.

Die rote Datenpunkte sind gespiegelt, sie gehören eigentlich in den rechten Teil der Grafik.

Stufe 4: 10 U/min, Stufe 3: 3 U/min, Stufe 2: 1 U/min, Stufe 1: 0.3 U/min
(FB)

Abb. 05-04: Rotierender Stabmagnet

rotierende-magnetfelder
Abb. 03-01: Nickel-EisenMagnet, 1120 Gramm, 34 mm Durchmesser, 162 mm Länge,
magnetische Flußdichte 20 mT (FB)

Abb. 05-05:

rotierende-magnetfelder
Abb. 04-26: Vakuumglocke aus Plexiglas, Ringmagnet als zylindrischer Hohlkörper (FB

Abb. 05-06: Der Durchmesser der Struktur hängt von der Beschaffenheit der Umgebung (Luft) ab.
Bei Normalbedingungen hat die Struktur einen Radius von rund 5 Metern.
Wenn auf dem Weg von innen nach außen bis zum Rand auf einem nur geringen Teil davon (Vakuumglocke ca. 10 cm) die Luft verdünnt wird, dann schrumpft die Struktur. Bei genügend Vakuum verschwindet sie sogar.

Erstaunlicherweise läßt sich jedoch die dann fehlende Eigenschaft der Luft durch eine sehr viel kleinere Menge von Edelgas kompensieren.

Frage: Gibt es hier eine Teilchenströmung, bei der die in der Luft natürlich vorkommenden Edelgase eine wichtige Rolle spielen?

rotierende-magnetfelder
Abb. 04-11: Der Magnet rotiert in der Glasglocke im Vakuum mit etwa 1,6 Hz.
Die Vakuumpumpe ist abgestellt. Es wird in kurzer Zeit jeweils schrittweise ein definiertes Volumen Edelgas dazugegeben und der äußere Radius des äußeren Torus bestimmt. Ab einem bestimmten Druck nimmt der Torus nicht mehr zu (Sättiung).
Vor der Wiederholung des Experimentes wurde die Glocke jeweils wieder auf einen Druck unter 0,3 mbar evakuiert.
......
Beobachtung:
Die Größe der Toroide nimmt mit der Gasfüllung zu.
Sie erreicht bei dieser Drehzahl einen Maximalwert von etwa 4,7 m (Sättigung).
Bei den Gasen Helium, Xenon, Krypton, Neon und Argon sowie Wasserstoff scheinen die Effekte ähnlich zu sein.

Abb. 05-07: Analoges Verhalten:
Eine elektrische Klingel befindet sich in einer Vakuumglocke. Läßt man die Glocke klingeln und pumpt die Luft heraus, so nimmt mit sinkenden Druck die außen vernehmbare Lautstärke ab.
Bei sehr niedrigem Druck ist die Glocke von außen nicht mehr hörbar, obwohl man die Bewegung des Klöppels noch sehen kann.
Füllt man langsam wieder Luft herein, dann steigt die Lautstärke schon vor Erreichen des Normaldrucks bis auf einen Maximalwert wieder an (Sättigung). (FB)

Abb. 05-07a: Gemessene Lautstärke außerhalb der Vakuumglocke (5 cm Abstand), wenn die Klingel im inneren der Glocke läutet gegen den Luftdruck in der Glocke. (FB)

Abb. 05-08: Kleiner NiFe-Magnet, spürbare Strukturen 15.11.2012 (FB)

Abb. 05-09: Kleiner NiFe-Magnet, spürbare Strukturen.
Die Drehrichtung der "Strömung" ist oben und unten unterschiedlich. 15.11.2012 (FB)

Abb. 05-10: Strukturen bei einem rotierenden Magneten (schematisch). Die Drehrichtung hat einen Einfluß auf deren Größe.
Je nach Drehrichtung wachsen bzw. schrumpfen die obere und die untere Hälfte.

stromleiter-rotierend.htm

(FB)

Abb. 05-11: Strukturen bei einer Toroidspule

kuehlwasser-achtzehn-07.htm#kapitel-07
Abb. 07-07: Marierungen für eine Stromstärke von 210 nA. (FB)

Abb. 05-12: "Strömungen" bei einer Toroidspule

kuehlwasser-achtzehn-07.htm#kapitel-07
Abb. 07-13: Skizze zur gefundenen Struktur
Es handelt sich um eine dreidimensionale Anordung von zwei Doppelspiralen und anderen Elementen, die sich mit zunehmendem Abstand von der Quelle (Toroidspule) aufweiten. (FB)

Abb. 05-13: Eine andere Vorstellung, konnte noch nicht bestätigt werden.

bbewegte-materie.htm
Abb. 02-02-01: Magnetfeldlinien und Raumquantenströmung um einen Permanentmagneten herum.
Die Strömung verläuft senkrecht zu den Magnetfeldlinien. Seite 17 in /Crane 1992/

Literatur: b-literatur.htm