Protokoll - Physikalisches Projektpraktikum

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Während die ionisierten Teilchen nun von der Metallfolie angezogen werden um sich dort neutralisieren zu lassen , ist dies bei den nichtionisierten Luftteilchen nicht der Fall. Ein Teil von ihnen trifft nicht auf die Metallfolie auf, gibt also den von den ionisierten Teilchen erhaltenen Impuls nicht wieder an den Lifter ab. Aufgrund der Impulserhaltung ( d dt ⃗ P = 0) muss nun also ein Defizit zwischen vom Feld ” aufgenommenen“ und dem an die Folie ” abgegebenen“ Impuls geben. Da auch hier das 2. Newtonsche Gesetz gilt, folgt mit d P dt ⃗ = d ( ) m · ⃗v = m · d⃗v dt dt = m · ⃗a = F ⃗ (12) ⇒ ⃗ F ≠ 0 (13) Es existiert also eine Kraft ⃗ F , die (zumindest teilweise) der Gewichtskraft des Lifters entgegenwirkt. Wenn diese Kraft ⃗ F nun groß genug ist, so dass ihr Anteil entlang der Senkrechten vom Betrag her größer ist als der Betrag der Gewichtskraft des Lifters, so hebt der Lifter ab. Diese Kraft ⃗ F wird, wie wir in der Auswertung zeigen werden, mit Erhöhung der angelegten Spannung U größer. Da auch nach dem Abheben des Lifters die angelegte Spannung weiter erhöht werden kann, so lange sie kleiner als die Durchschlagspannung U Durchschlag = E 0 · d bleibt, kann diese Kraft also weiter gesteigert werden, so dass die Möglichkeit besteht, außer dem Lifter selbst noch eine gewisse Nutzlast zu heben. Zu beachten ist hierbei auch, dass die Coronabildung und damit verbundene Entstehung einer Kraft nicht ausschließlich am Draht auftreten kann. Bei einer genügend starken Krümmung der Aluminiumfolie (z.B. Knicke) kommt es auch an der Folie zu einer Ionisation von Luftteilchen. Die darauf resultierende Kraft ist der Auftriebskraft entgegengesetzt und somit dem Prinzip des Lifters abträglich. Deshalb ist beim Bau eines Lifters darauf zu achten, dass stets ein genügend großer Krümmungsradius der Alufolie gewährleistet ist. Ein solcher minimaler Krümmungsradius lässt sich berechnen, indem man das Peek’sche Gesetz nach dem Radius umstellt, die maximale verwendete Spannung einsetzt und somit den Radius bestimmt, bei welchem gerade noch eine Coronabildung stattfinden würde. Ein Radius größer diesem Grenzradius gewährleistet das Ausbleiben einer Gegenkraft. 8
3 Versuchsaufbau 3.1 Die Lifter 3.1.1 Horst 1 Der erste von uns gebaute Lifter Horst 1.0 bestand aus Balsaholzstäbchen mit dem Querschnitt 3 mm × 3 mm. Gewählt wurde eine Dreieckskonstruktion mit Kantenlänge 20 cm, was eine Gesamtlänge des Drahtes von 60 cm ergibt. Der erste Draht hatte einen Durchmesser von 150 µm. Es ergab sich eine Gesamtmasse von ≈ 3.158 g. Die Version Horst 1.1 enthielt ein inneres Aludreieck mit darüber gespanntem Draht, was weitere 30cm Drahtlänge ergab, Masse somit ≈ 3.527 g. Im Verlauf der Messungen wurde dieser Lifter durch Anbringen gekrümmter Alufolie verbessert, was in Version 1.2 resultierte (siehe Abb. 2 unten). Inklusive innerem Dreieck wog diese Konstruktion ≈ 3.814 g. Später wurde aufgrund ungenügender Auftriebsverbesserung und zu starker Beeinträchtigung der Flugeigenschaften (seitliches Wegkippen) das innere Dreieck wieder entfernt. Der daraus resultierende Lifter ohne inneres Dreieck, jedoch mit umgebogener Alufolie, wird als Horst 1.3 bezeichnet. Abbildung 2: Horst 1.2 9
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