Bau eines Kelvingenerators - Physikalisches Projektpraktikum ...

Bau eines Kelvingenerator 7/20 ppg7
Diese Verbesserung zeigte Wirkung und führte dazu, dass die Ringe hohe Spannungen
halten konnten und der Kelvingenerator auch Hochspannung erzeugen konnte. Schließlich
stellte sich dann die leitende Verbindung zwischen den Auslaufdüsen als belanglos für die
Funktion des Generators heraus und wurde wieder entfernt.
Als weitere Verbesserung stülpten wir einen Pappkarton mit ausgeschnittenen Löchern
unter den Ringen über die Becher, sodass die Isolierung der Becher gegen den Untergrund
nicht durch abgelenkte Wasserspritzer verloren ging, da auch hier die Lackisolierung nicht
ausreichte. Unser nächstes Problem stellte die quantitative Spannungsmessung dar. Die
Spannung musste ohne Stromfluss gemessen werden, da bei der geringen Leistung des
Kelvingenerators selbst kleine Ströme ausreichen um die komplette Ladung abfließen zu
lassen. Hierfür kam deswegen nur ein Elektroskop in Frage.
Eine weitere Idee die Spannung stromlos zu messen bestand darin, das elektrische Feld
um die Ringe zur Steuerung eines MOSFETs (Metalloxid-Silizium-Feldeffekt-Transistor)
zu nutzen. Leider konnten wir aber in einigen Vorversuchen keine brauchbaren Messwerte
erhalten, da der Transistor schon bei relativ geringen Feldstärken komplett durchsteuerte
und sich zudem sehr leicht von anderen elektrischen Feldern in der Umgebung beeinflussen
ließ.
Wir besorgten uns also für jeden Ring ein Elektroskop aus der Vorlesungssammlung und
kalibrierten diese für unseren Spannungsbereich (siehe unten). Leider erreichten wir mit
dem Kelvingenerator sehr früh die maximale Spannung, die auf dem Elektroskop ablesbar
war. Deshalb konnten wir die aufgebaute Spannung in Abhängigkeit von der Zeit nur
im ablesbaren Bereich messen. Aus Genauigkeitsgründen wurde die Messung dazu per
Videokamera aufgenommen und im Nachhinein abgelesen.
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Wir wollten vor allem den Einfluss verschiedener Parameter auf die Funktion des Kelvingenerators
bestimmen. Wir untersuchten deshalb:
1. Abhängigkeit des Spannungsaufbaus vom Durchmesser der Influenzringe:
Dazu verwendeten wir Ringe mit drei verschiedenen Durchmessern, die ansonsten
aber alle vollkommen identisch waren.
2. Abhängigkeit des Spannungsaufbaus von der Höhe der Influenzringe:
Dazu brachten wir die mittleren Ringe auf unterschiedlichen Höhen zwischen Auslaufdüsen
und Bechern an.
3. Abhängigkeit des Spannungsaufbaus von der Drehung der Influenzringe:
Wir verdrehten hierfür die Ringe gegenüber der normalen Position (abgeflachte Seite
nach oben), Drehung um 30 ◦ und Drehung um 180 ◦ gegen die Ausgangsposition.
4. Abhängigkeit des Spannungsaufbaus von der Leitfähigkeit des Wassers:
Zu diesem Zweck betrieben wir den Kelvingenerator mit NaCl-gesättigtem Wasser
an Stelle des bei den anderen Messungen verwendeten normalen Leitungswassers.