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TUM School of Natural Sciences |
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Versuche mit dem Bandgenerator (Flugrad)
Kurzbeschreibung
Der Bandgenerator ist ein elektrostatischer Hochspannungsgenerator, der nach dem von "van de Graaff"
angegebenen Verfahren arbeitet. Er beruht auf dem Prinzip der Selbsterregung und liefert eine Gleichspannung
bis zu 100 kV (der Maximalwert hängt sehr stark von der Luftfeuchtigkeit ab).
Der Bandgenerator trägt oben eine Metallhohlkugel, die auf einem schwenkbaren Isolator aus Kunststoff befestigt ist.
Die Kugel hat unten eine Öffnung, in die ein breites endloses Gummiband hineingeführt wird. Das Band läuft über
eine Kunststoffwalze und drei Metallwalzen, deren unterste durch einen Motor angetrieben wird. Drei Metallschneiden
dienen zur geeigneten Bandbeladung.
Wirkungsweise
Das endlose Transportband 1 läuft über freitragend gelagerte Rollen. Die Oberfläche der Kunststoffrolle 3 wird beim Lauf durch kurzes Andrücken des Reibzeuges 2 positiv geladen. Diese positive Ladung influenziert auf dem oberen Band eine negative Ladung, die durch die Schneide 4 aufgesprüht wird. Infolge der Bandführung durch die Rollen liegt das obere Band dicht auf dem unteren Band auf, und bildet so mit letzteren einen Kondensator. Wegen dieser Wirkung ist die elektrische Ladungsdichte auf dem Band ein Vielfaches, gegenüber der Beladung bei nicht aufeinanderlaufenden Bändern. Die Trennung der Kondensatorbeläge in der Hohlkugel bewirkt den Übergang der negativen Ladung von Band auf die Kugel, denn bei Rolle 5 stehen sich jetzt zwei negativ geladene Bandseiten gegenüber. Die Ladung strebt über die Metallrolle auf die Oberfläche der Hohlkugel (Faraday Käfig). Bei Schneide 6 wird durch Influenz weiterhin negative Ladung auf die Hohlkugel abgezogen. Daher führt das aus der Hohlkugel nach unten führende Band positive Ladung mit sich, deren Menge bei der Schneide 7 noch vergrößert wird. Sie erhält die positive Ladung der Rolle 3 aufrecht.
Unser Bandgenerator soll eine max. erzielbare Spannung von 250 kV erreichen, meist ist dies jedoch
deutlich weniger. Der Maximalwert hängt sehr stark von der Luftfeuchtigkeit ab.
Die Kugel des Bandgenerators hat oben ein Loch, in das verschiedene Zubehörteile gesteckt werden können.
Folgende Versuche können ausgeführt werden:
Ein Büschel aus Papierstreifen wird auf den Generator gesteckt und aufgeladen. Die Papierstreifen spreizen sich
weit auseinander.
Eine Versuchsperson mit langen, dünnen und glatten Haaren, die frisch gewaschen sein müssen, stellt sich auf
zwei gut isolierende Glasziegel. Sie nimmt eine kleine Stativstange in die Hand und berührt damit die Kugel des
Bandgenerators. Wird die Versuchsperson aufgeladen, so sträuben sich ihr im wahrsten Sinne des Wortes die Haare
(im Schatten der Bogenlampe zeigen). Sollte keine entsprechende Versuchsperson im Hörsaal sein, so kann man auch
einen Büschel mit langen dünnen Papierstreifen in die Hand nehmen. Der Vorgang ist absolut schmerzfrei und gefahrlos,
wenn sich die Versuchsperson nach der Vorführung mit Hilfe der Stativstange an einer angebrachten Erdung entlädt
(möglichst schnell), solange sie noch isoliert steht. Unterlässt man dieses, so können beim Herabsteigen vom Glasziegel
Funken durch die Schuhe schlagen oder an den Fingergelenken überspringen. Dies ist zwar ebenfalls ungefährlich,
ist aber unangenehm und man erschrickt fürchterlich dabei.
Personen mit Herzschrittmacher sollten diesen Versuch nicht ausführen!
Ein S- förmig gebogener Aluminiumstab mit spitzen Enden wird, in der Mitte frei gelagert auf eine Nadel gestellt,
welche in der Kugel des Bandgenerators steckt. Nach dem Aufladen dreht sich der Stab auf der Nadel mit beträchtlicher
Winkelgeschwindigkeit, als wären die Spitzen Raketenantriebe.
Steckt man eine Spitze in die Öffnung des Bandgenerators und hält eine Flamme davor, so wird diese vom elektrischen
Wind weg-, bei wenig Luftfeuchtigkeit sogar ausgeblasen.
Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte, Bandgenerator
