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Influenzmaschine

Funktionsweise einer Influenzmaschine

Abb.1
Auf einem Streifen befindet sich eine positive Restladung.
Abb.2
Die Restladung "influenziert" eine Ladungsteilung auf dem gegenüberliegenden Streifen.
Abb.3
Durch die Influenz ist die sichtbare Oberfläche auf Streifen b1 positiv geladen.

Angenommen, ein Streifen a (Abb. 1) ist positiv geladen (Gesamtladung ist positiv). Dann bewirkt er auf dem Aluminiumstreifen b1 auf der gegenüberliegenden Scheibe , der ihm am nächsten ist, eine Ladungstrennung (Abb. 2) : Die positive Restladung auf Streifen a zieht die kleinen, negativ geladenen Elektronen auf dem Streifen b1 auf der gegenüberliegenden Scheibe an. Sie verlassen die großen, positiv geladenen Aluminiumatomkerne und wandern zu der Oberfläche des Streifens, die auf der Scheibe klebt und dem positiv geladenen Streifen a zugewandt ist ( (Abb. 4) , mit grünen Pfeilen markiert). Die andere Oberfläche ( (Abb. 4) , mit roten Pfeilen markiert) des Streifens b1 lädt sich entsprechend positiv auf (Abb. 3) , weil die positiven Aluminiumatomkerne fest in ein Gitter eingebunden sind und nicht wandern können. Die Gesamtladung des Streifens b1 bleibt dabei neutral.

Abb.4
In der Influenzmaschine erfolgt eine Ladungstrennung zwischen zwei Oberflächen eines Aluminiumstreifens: der Oberfläche, die auf der Scheibe klebt (grüne Pfeile), und der Oberfläche, die sichtbar ist, wenn man auf die Scheibe schaut (rote Pfeile).

An dem Streifen b1 mit der getrennten, aber neutralen Gesamtladung setzt nun der Neutralisator an (Abb. 5) . Er stellt eine elektrische Verbindung von der sichtbaren, positiv geladenen Oberfläche zu einem ungeladenen Aluminiumstreifen b2 auf der gegenüberliebenden Seite der gleichen Scheibe her. Der Mangel an Elektronen in der Oberfläche des "influenzierten" Streifens b1 zieht Elektronen von dem ungeladenen Streifen b2 über den Neutralisator an - und zwar umso mehr, je weiter sich die beiden Aluminiumstreifen a und b1 voneinander entfernen. Denn dadurch steigt die Spannung zwischen ihnen. Somit wird die Gesamtladung des ursprünglich neutralen Aluminiumstreifens b1 negativ, die des gegenüberliegenden Streifens b2 auf der gleichen Scheibe entsprechend positiv (Abb. 6) .

Abb.5
Über den Neutralisator wandern Elektronen zum Ladungsausgleich von Streifen b2 zu Streifen b1. Die Gesamtladung beider Streifen ist neutral.
Abb.6
Nach der Elektronenwanderung über den Neutralisator ist die Gesamtladung von Streifen b1 negativ, die von Streifen b2 positiv.
Abb.7
Dreht man die Handkurbel, wandern die geladenen Streifen zu den Stromabnehmern.

Erklärung, weshalb beim Drehen der Scheiben die Spannung zwischen zwei gegenüberliegenden Aluminiumstreifen steigt

Rotieren die geladenen Aluminiumstreifen weiter in gegenläufige Richtungen, werden sie zu dem Stromabnehmer jeweils eines Induktors geführt (Abb. 7) . Dieser berührt die Streifen nicht, sondern ist einige Millimeter von ihnen entfernt. Weil die Spannung zwischen zwei Aluminiumstreifen aber immer stärker wird, je weiter sie sich voneinander entfernen, kann sie derart groß werden, dass die Elektronen so stark angezogen werden, dass sie durch die Luft zum Abnehmer "springen" (Abb. 8) . Von dort wandern sie bis zum Induktor, der sich zunehmend negativ auflädt. Der zweite Induktor lädt sich entsprechend positiv auf. Weil auf den Aluminiumstreifen, die an seinem Stromabnehmer vorbeifahren, ein großer Mangel an Elektronen herrscht, springen sie sogar durch die Luft vom Stromabnehmer auf die Streifen über.

Abb.8
Ist die Spannung zwischen dem negativ geladenen Aluminiumstreifen und dem Stromabnehmer hoch genug, springen Elektronen über.

Je länger sich die Scheiben drehen, umso stärker laden sich die Induktoren auf. So lange, bis die Spannung zwischen ihnen einen Wert erreicht, um einen Funkenschlag zu erzeugen (Abb. 9) . Dazu sind etwa 10kV pro cm Abstand der Induktoren nötig. Sind die Induktoren also 6cm voneinander entfernt, muss zwischen den Kugeln eine Spannung von rund 60.000V herrschen.

Wie entstehen die Blitze?

Abb.9
Die hohe Spannung zwischen den Induktoren entlädt sich als Blitz.

Gase wie die Luft sind schlechte elektrische Leiter, weil sie größtenteils aus neutralen Molekülen bestehen und kaum bewegliche Ladungsträger wie Ionen oder freie Elektronen enthalten. Erreicht die Spannung zwischen den Induktoren und damit die elektrische Feldstärke einen Schwellenwert, springen Elektronen vom negativ geladenen Induktor zum positiv geladenen. Dabei werden sie so stark beschleunigt und erhalten zwischen den Stößen mit den Gaspartikeln eine so große kinetische Energie, dass diese ausreicht um die Gaspartikel zu ionisieren und sie zum Leuchten bringt. Es setzt eine lawinenartige Vermehrung von freien Ladungsträgern ein: Es kommt zur sogenannten Glimmentladung, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Luft stark ansteigt.

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