Protokoll - Physikalisches Projektpraktikum

2.3.2 Grundprinzip
Der Lifter wird aktiviert, indem man zwischen Draht und Alufolie eine Spannung U
anlegt, welche sich für gewöhnlich im Bereich von mehreren Kilovolt bewegt. Der vom
Lifter erzeugte Auftrieb, der schließlich im Idealfall für ein Abheben sorgt, entsteht
dann wie folgt: Ab einer gewissen Grenzspannung U Grenz bildet sich um den Draht
eine Corona, also ein Bereich von Blitzentladungen in der Luft, aus. Diese Corona ist
Grundvorraussetzung für die weiter oben beschriebene Ionisation von Luftteilchen. Bei
angelegten Spannungen unter U Grenz ist die Wahrscheinlichkeit einer solchen Ionisation
annähernd Null, weswegen keine Auftriebskraft einsetzen kann. Nach dem Gesetz von
Peek (1929 aufgrund empirischer Daten aufgestelltes Gesetz) lässt sich U Grenz wie folgt
berechnen:
( d )
U Grenz = m 0 · E v · r Draht · ln
r Draht
(2)
Wobei m 0 eine Größe ist, die die Beschaffenheit des Drahtes widergibt. Bei sehr glattem
Draht ist m 0 = 1, für rauhen, dreckigen oder verwitterten Draht liegt m 0 zwischen
0,93 und 0,98 und für Kabel liegt m 0 zwischen 0,83 und 0,87. r Draht ist, wie weiter oben
beschrieben, der Radius des Drahtes in m, d der Abstand zwischen Draht und Folie,
ebenfalls in m.
Weiterhin ist E v die sichtbare kritische Feldstärke, die sich folgendermaßen berechnen
lässt:
E v = E 0 · δ ·
(1 + 0, 0301√ m)
√ δ · rDraht
(3)
Hierbei ist E 0 die kritische Durchschlagsfeldstärke, die bei trockener Luft bei etwa
3 · 10 6 V m liegt.
δ ist ein Dichtefaktor für die Luft und lässt sich wie folgt bestimmen:
δ = 2, 940294 · 10−3 K Pa · p
T
Hierbei ist p der Luftdruck in Pascal und T die Temperatur in K.
Bei Normwerten (25 ◦ C und 1, 013 · 10 5 Pa , was 1 atm entspricht) berechnet sich δ
also wie folgt:
(4)
δ = 2, 940294 · 10−3 K Pa · 1, 013 · 105 Pa
298 K
≈ 1 (5)
Definieren wir nun zur Vereinfachung der Berechnung von U Grenz ein E Start mit
E Start = E 0 · δ ·
(1 + 0, 0301√ m)
√ δ · rDraht
(6)
6