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Das elektrische Pendel

Frontale Sicht auf das Pendel Draufsicht auf das Pendel

Sicherheitshinweis: Da hier mit hohen Spannungen gearbeitet wird, ist besondere Vorsicht geboten; weiter unten gibt es dazu ein paar Hinweise.

Wird eine metallisierte Kugel (z.B. eine mit Alufolie umwickelte Styropor- oder Acrylglaskugel) isoliert (!) in das elektrische Feld eines an eine Hochspannungsquelle (300-1.000V) angeschlossene Plattenkondensator (gebildet durch zwei voneinander isolierte Metallplatten) gehängt, beginnt das Pendel zwischen den beiden Platten hin und her zu pendeln, wenn es vorher an eine der Platten gehalten wurde:

Hinweis: Das Video besitzt keine Tonspur.

Zu Beginn des Versuchs ist die Kugel nicht aufgeladen, sie ist elektrisch neutral. Wird sie nun (mit einem isolierenden Gegenstand!) an eine der beiden Platten gehalten, lädt sie sich entweder positiv (am Pluspol) oder negativ (am Minuspol) auf und wird daher von der anderen Platte angezogen, bewegt sich zu dieser hin und wird umgeladen, sodass der Vorgang immer abläuft.
Im Beispielaufbau konnten an den Berührungsstellen Platten - Kugel Funken beobachtet. Zudem war der Strombedarf dieser Aparatur so gering, dass sie etwa einen bis zwei Tage aus einem 2-4µF Kondensator gespeist werden konnte.

Die Hochspannungsquelle

kann ganz einfach aus zwei „gegeneinander“ geschalteten (ersten Transformator ganz normal ans Netz anschließen, den zweiten mit seiner niedergespannten Sekundärwicklung an die des ersten (beide Trafos sollte die gleiche Spannung (z.B. 12V) an der Niederspannugsseite besitzen)) and Transformatoren (z.B. Klingeltransformatoren o.ä.) und einer darauf folgenden Hochspannungskaskade aufgebaut werden, hier ein Spannungsverdoppler in Delon-Schaltung:

Hochspannungskaskade in Delon-Schaltung

Die Bauteilwerte sind relativ unkritisch, die Dioden sollten 1N4004 (1A/1.000V) oder ähnliche sein. Die Kondensatoren sind ebenfalls unkritisch, solange ihre Spannungsfestigkeit eingehalten wird. Kondensatoren (keine Elektrolytkondesatoren!) mit einer Kapazität von 0,1 bis etwa 1µF oder höher bei einer Spannungsfestigkeit von 400V sind hier ausreichend.

Aufbauskizze

Sicherheit

Die Apparatur direkt am Netz zu betreiben, wäre aufgrund der fehlenden Netztrennung äußerst gefährlich, daher die seltsam anmutende Transformatorenkonstellation.
Solange nicht beide Pole der Spannungsquelle berührt werden und der Aufbau nicht mit leitend mit Erde verbunden ist, kann nicht viel passieren. Sicherheitshalber sollte jedoch ein 4MΩ Widerstand mit ausreichender Spannungsfestigkeit (Serienschaltung aus 4 * 1MΩ) in Reihe zur Hochspannungskaskade liegen, damit der Strom (durch den Körper des Experimentierenden...) im Fehlerfall nicht allzu groß wird, was bei einem Kurzschluss auch die Kondesatoren schont.

Sinn und Zweck

Mit einem solchen Pendel lässt sich anhand der Auslenkung der Kugel näherungsweise die elektrische Ladung dieser feststellen, was jedoch höhere Spannungen und Genauigkeit beim Aufbau erfordert. Außerdem ist es einfach ein schönes Experiment ;-)

Die Oxford Electric Bell ist ein Langzeitexperiment, das nach dem gleichen Prinzip wie das hier vorgestellte Pendel funktioniert, und bereits seit 1840 läuft – wohlgemerkt mit der selben Batterie als Stromquelle!

zuletzt geändert: 26.03.2018