[Gucki]

Mir ist das einsichtig, dass die Influenz stärker als Coulomb ist.

Wenn ich zwei geladene Kugeln mit 1.5 und 3kV anziehen lasse, dann wirken zwischen ihnen nur 1.5kV.

Wenn ich aber eine geladene 1.5kV-Kugel mit einer ungeladenen Kugel influenzieren lasse, dann kommt das Feld der influenzierten Kugel noch dazu. Dann wirken zwischen ihnen (fast) 3kV.

Das erklärt, warum die erste Zeile ~doppelt so stark ist wie die dritte Zeile:

Zitat:0 kV (geerdet): 40,3 mg (Anziehung)
1.5 kV: -12.9 mg (Abstoßung)
3 kV: 17.9 mg (Anziehung)

Dass die erste Zeile etwas mehr als doppelt so stark ist, liegt wieder an dem rückkoppelndem Hub der Waage, der die Elektroden bei höheren Anziehungskräften zusätzlich weiter zusammen rücken lässt.

Mich verwundert allerdings, dass sich Influenz und Coulomb nicht überlagern. Es scheint im Moment so, dass eine Ladung die Influenzkraft überschreibt. Das wäre ein hochinteressanter Effekt z.B. für elektrostatische Lautsprecher.

Darum kümmer ich mich morgen. Es bleibt spannend.

[Gucki]

Ich hab Walter Königs 1890'er Übersetzung der Coulomb-Werke mal runtergeladen.

Das macht immer enorm Eindruck auf Vixra, wenn irgendwelche Schreiberlinge sich auf die Altvorderen beziehen, deren Werke aber noch nie im Leben im Original gelesen haben und wenn man dann fragen kann, wo der bezogene Altvordere das vom Schreiberling Behauptete denn - auch nur ungefähr - geschrieben hat.

Auf die Weise kann man blitzschnell "Hater" generieren... 

Was auch immer wir über Elektrostatik schreiben: nun haben wir eine astreine erste Literatur-Referenz.

[Gucki]

Heute will ich die drei bisher identifizierten Phänomene "Coulomb-Abstoßung", "Coulomb-Anziehung" und "Influenz-Anziehung" vereinheitlichen.


Ich denke, dass sich Coulomb-Abstoßung und Coulomb-Anziehung überlagern.

Dann wäre die unerklärliche Coulomb-Abstoßung lediglich ein Wegfall der Coulomb-Anziehung. Denn bei gleichen Spannungen gibt es keine elektrostatische Anziehung, wie Alfsch immer sagte. Allerdings gibts bei gleichartigen Ladungen immer eine Abstoßung, wie zum Beispiel zwischen zwei Elektronen.

Sobald ein Körper ungeladen ist, fällt dagegen die Abstoßung ganz weg. Das ist bei der Influenz der Fall und erklärt die dadurch entstehende doppelte Anziehungskraft.


Ich könnte mir vorstellen, dass eine kleine Erweiterung der Coulomb-Formel die Realität besser triff. Vielleicht so ähnlich:

F = F_abstoßung - F_anziehung = K (Q1 Q2 - (Q1 - Q2)²) / r²

[Gucki]

Durch den Waagenbauer Charles Augustin Coulomb und meine eigene Entwicklung....

Measurement of Picoforces from Light, viXra.org e-Print archive, viXra:2110.0011

....inspiriert.

Wollen wir mal schnell eine anständige Waage basteln und gemeinsam papern? Coulomb hatte auch zuerst die Waage entwickelt. Ich will den Hub loswerden und gleichzeitig Robustheit und Empfindlichkeit gewinnen.

Wir setzen einen Piezo-Schwinger oder -Mikrofon auf einen Lautsprecher. Das Wägegut kommt auf den Piezo. Den Lautsprecher betreiben wir mit irgendeinem Sinus-Ton. Gemessen wird die aus dem Piezo kommende Wechselspannung. Wir können auf Resonanz abgleichen. Oder außerhalb der Eigenrosonanz messen. Natürlich mit so geringen Amplituden, dass das Wägegut nicht rumhüpft.

Ihr könnt mühelos mitmachen, weil Ihr alles in der Bastelkiste habt.

Falls die Rückstellkraft des Speakers nicht reicht, müssen wir Federn druntersetzen. Aber ich denke, dass ein Speaker schon mit einigen zehn Gramm belastet werden darf, ohne dass er demoliert wird. Die China-Waage kann auch nur 50g ab, bevor sie zusammenbricht.

Los, kommt! Das schieben wir ein. Ich könnte so ne Waage gerade wirklich gut gebrauchen. Jeder, der will, wird als Co-Autor aufgenommen. Ihr seid als Co's gut geeignet wegen Eurer Schwabbelpappen-Erfahrungen.

Ich denke an ein 2- bis 4-Seiten Paper mit ein paar Fotos und Messkurven.

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Vielleicht kann man auch einfach eine Resonanzmessung des mit dem Wägegut belasteten Piezoschwingers machen. Ja. Das ist einfach und robust. 

Damit fang ich an.

[Gucki]

Tongenerator mit 400 Ohm Ausgang. Serienresonanz des Piezos bei 10800 Hz - gemessen mit Voltmeter parallel zum Piezo. Das kleine weiße Papierkügelchen auf die Membran gelegt. Deutliche Resonanzfrequenzverschiebung.

   

   

Kann man nicht meckern. Im Prinzip haut es hin. 

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Dann kam mir noch ne einfachere Idee. Man kann den Spannungsausgang des Piezos auch einfach integrieren. Piezo + Integrator = Mikrowaage?

Gleich mal ausprobieren.

[alfsch]

Moin...
ähm - Waage basteln , ok, aber wozu jetzt genau ?
Weil wenn über piezo-resonanz-frequenz was messen willst, wird ja die Masse erfasst.
Für die Anziehung/Abstossung wird aber eigentlich eine Kraft erfasst, die als Gewicht +/- angezeigt wird.
Da muss die Mess-Methode zum Ziel passen...d.h. 
WAS ist das Ziel denn : Masse oder Kraft erfassen ?

[Gucki]

(29.09.2024, 10:31 AM)alfsch schrieb: ähm - Waage basteln , ok, aber wozu jetzt genau ?

Weil die China-Waage zwar wenig Hub macht. Aber auch wenig Empfindlichkeit. Und Monsterwaage und Torsionswaage machen zu große Hübe.

(29.09.2024, 10:31 AM)alfsch schrieb: Weil wenn über piezo-resonanz-frequenz was messen willst, wird ja die Masse erfasst.
Für die Anziehung/Abstossung wird aber eigentlich eine Kraft erfasst, die als Gewicht +/- angezeigt wird.
Da muss die Mess-Methode zum Ziel passen...d.h. 
WAS ist das Ziel denn : Masse oder Kraft erfassen ?

Kraftmessung: Piezo + Integrator
Massemessung: Resonanzfrequenz

Leider ist die Integratormessung schwieriger als gedacht.

   

Wenn sich die Zeitkonstanten von Sensor und Integrator nicht genau gleich sind, bleibt eine Drift übrig. Ich müsste gegenkoppeln. Aber dann ist die Präzision im Eimer.

Vielleicht war das mit der Waage eine Whiskey-Idee?

Ich hab mir das so schön vorgestellt. Isolierende Plastikstecknadel auf der Membran festgeklebt. Alukugel draufstecken. Kräfte hubfrei messen.

Oder zumindest ne Mikrowaage für Massen basteln. Kann man immer gebrauchen.

[Gucki]

Ich habs.

Die Monsterwaage hat nur den Nachteil des Hubes. Sonst ist sie perfekt. Ich kann sie nur in 1 Gramm-Schritten austarieren. Der Bereich von 0 bis 0.99 Gramm ist Hub und ein ganz klein wenig Komoensation zwischen 0.0 und 9.9 mg. 

Ich bräuchte ein flaches Modul, was ich unter den Teller schieben kann und das mit einem Strom aus der 6-stelligen Widerstandsdekade eine magnetische Kompensation zwischen 0 und 1 Gramm macht.

Also Flachspule, Permanentmagnet unter der Waagschale festgeklebt und gut ist.

Und dann gleiche ich die magnetische Kompensation bei hubfreien Messungen so ab, dass die ganze Optik stets 0.00 Granmm anzeigt  Den letzten Feinschliff mach ich dann mit der mechanischen Mikrogramm-Kompensation der Sartorius.

Ja. Dann wär ich wieder glücklich.

[alfsch]

Nur eins ist dabei doof : das kann ich/keiner nachbauen. 

[E_Tobi]

(29.09.2024, 11:21 AM)Gucki schrieb: Und dann gleiche ich die magnetische Kompensation bei hubfreien Messungen so ab, dass die ganze Optik stets 0.00 Granmm anzeigt

Hättest du dann deine hochauflösende Gewichtsmessung nicht mit einer relativ unbekannten Zusatzkraft überlagert?

Andere Idee: die aktuell "feste Seite" bekommt eine Mechanik, die es bei Messungen erlaubt, die Proben während der Messung auf konstanten Abstand einzustellen.

[Gucki]

E_Tobi: ich hab ja meine 6-stellige Widerstandsdekade davor. Ich brauch ziemlich exakt 30mA, um 1 Gramm zu kompensieren. Das passt perfekt zur Belastbarkeit der Dekade.

Eichung: 

Ich leg 1 Gramm Gewicht auf. Dann stell ich die Dekade auf "999999". Dann stell ich die Versorgungsspannung so ein, dass auf der Waage 0.0000 angezeigt wird. Dann kann ich an der Dekade 1 ug Schritte ablesen 

Es funktioniert alles ganz fantastisch:

   

   

   

Natürlich ist der Magnet bedenklich. Sartorius hat alles unmagnetisch gebaut. Aber der Magnet backt nur am dopelseitigen Klebeband und die Spule ist frei verschiebbar.

Wir sind also wieder handlungsfähig.

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@Alfsch... ja.... aber Du selbst hast mich ja von der Waagenkonstruktion wieder abgebracht. Kein gemeinsames Waagen-Paper. Keine "Waagen für alle". Aber.. hey.. zumindest ich bin begeistert.

Ein aufgemotztes Messgerät ist immer gut. Wenn ich mal was Neues machen will, hab ich zwei Möglickeiten. Entweder werde ich Möbelschlepper. Die Waage hab ich wohl schon 1000 Mal vom Labor zum Basteltisch und wieder zurück getragen. Oder ich fang bei Sartorius an und erklär denen mal, wie man die Magnetkompensation in Endsiegtechnik baut. Die verwenden neuerdings viel zu viel Elektronikfirlefanz.

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Hiermit mache ich nun weiter:

(29.09.2024, 04:05 AM)Gucki schrieb: Heute will ich die drei bisher identifizierten Phänomene "Coulomb-Abstoßung", "Coulomb-Anziehung" und "Influenz-Anziehung" vereinheitlichen.


Ich denke, dass sich Coulomb-Abstoßung und Coulomb-Anziehung überlagern.

Dann wäre die unerklärliche Coulomb-Abstoßung lediglich ein Wegfall der Coulomb-Anziehung. Denn bei gleichen Spannungen gibt es keine elektrostatische Anziehung, wie Alfsch immer sagte. Allerdings gibts bei gleichartigen Ladungen immer eine Abstoßung, wie zum Beispiel zwischen zwei Elektronen.

Sobald ein Körper ungeladen ist, fällt dagegen die Abstoßung ganz weg. Das ist bei der Influenz der Fall und erklärt die dadurch entstehende doppelte Anziehungskraft.


Ich könnte mir vorstellen, dass eine kleine Erweiterung der Coulomb-Formel die Realität besser triff. Vielleicht so ähnlich:

F = F_abstoßung - F_anziehung = K (Q1 Q2 - (Q1 - Q2)²) / r²

[alfsch]

Zitat:Oder ich fang bei Sartorius an und erklär denen mal, wie man die Magnetkompensation in Endsiegtechnik baut. 

DAS ist doch mal eine Ansage ! 

[Gucki]

SO wiegt man als Wissenschaftler:

   

Hauptsache ordentlich viele Knöpfe. Das macht immer Eindruck.

[Gucki]

Bitte habt noch etwas Geduld mit mir. Ich musste noch Feinschliff machen und die Handhabung üben. Ich kann nicht sagen, ob mir noch heute belastbare Messungen gelingen.

BTW: bei den letzten Messungen hatte ich viel von "1.5kV" geschrieben. Richtig musste es heißen "3kV". Qualitativ ändert das aber nichts.

[Gucki]

Die alten Messungen mit Hub (und x2-Ablesefehlerkorrektur) waren:

3 kV - 0 V: 40,3 mg (Influenz-Anziehung)
3 kV - 3kV: -12.9 mg (Coulomb-Abstoßung)
6 kV - 3kV: 17.9 mg (Coulomb-Anziehung)

Und die neuen hubfreien Messungen sind...

3 kV - 0 V: 44 mg (Influenz-Anziehung)
3 kV - 3kV: -6 mg (Coulomb-Abstoßung)
6 kV - 3 kV: 13 mg (Coulomb-Anziehung)

Die Influenz-Anziehung ist sogar 3.5-mal größer als die Coulomb-Anziehung. Das versteh ich nicht.

Coulomb rechnet richtig. Wenn ich die Spannungen statt Ladungen einsetze, gibt 3 kV mal 3 kV eine Abstoßung von 9 Krafteinheiten und die 6 kV mal 3 kV eine Anziehung von 18 Krafteinheiten. Also Faktor 2. Und genau das messen wir, wenn wir hubfrei messen: -6 mg vs 13 mg. Besser gehts ja nicht.

Aber die Coulomb-Abstoßung und Coulomb-Anziehung hätten sich bei unserem Torsionswaagenversuch #2 nicht kompensieren dürfen! Haben sie aber ganz eindeutig. Ich spekuliere, dass das mit dem Schirm zusammenhängt.

Ich bin verwirrt und mach Feierabend.

[Gucki]

(29.09.2024, 07:51 PM)Gucki schrieb: Aber die Coulomb-Abstoßung und Coulomb-Anziehung hätten sich bei unserem Torsionswaagenversuch #2 nicht kompensieren dürfen! Haben sie aber ganz eindeutig. Ich spekuliere, dass das mit dem Schirm zusammenhängt.

Ich habe eben die Anziehung von 2kV / 4kV gewogen. Wie damals bei der Torsionswaage. Die Torsionswaage hat nicht gelogen! Die Coulomb-Anziehung ist bei 2 kV / 4kV tatsächlich überproportional schwächer als bei 3kV / 6kV.

Mit der Waage komm ich klar. Ich mach jetzt 15 hubfreie Messungen, damit wir mal Kurven sehen.

[Gucki]

Die Dekade ist rausgeflogen. Ich kann mein Netzteil fein genug einstellen und einfach den Strom messen. Das Digimultimeter löst ausreichend auf.

Vorwiderstands- und Spulenerwärmungen spielen so keine Rolle mehr. Außerdem hab ich durch Umpolen des Spulenstroms auf Anziehung umgestellt. Alle Messungen bestehen aus zwei Einzelmessungen mit und ohne eingeschwenkter stationärer Elektrode. Dadurch wurden Zuleitungskräfte der geladener Messelektrode und Driften bedeutungslos.

Hier die mit größter Sorgfalt angefertigten Messungen:

   

Die X-Achse ist erklärungsbedürftig.

Bei der Influenz-Anziehung ist gemeint:

2 kV: Anziehung zwischen 2 kV und 0 V
3 kV: Anziehung zwischen 3 kV und 0 V
4 kV: Anziehung zwischen 4 kV und 0 V


Bei der Coulomb-Abstoßung ist gemeint:

2 kV: Abstoßung zwischen 2 kV und 2 kV
3 kV: Abstoßung  zwischen 3 kV und 3 kV
4 kV: Abstoßung  zwischen 4 kV und 4 kV


Bei der Coulomb-Anziehung ist gemeint:

2 kV: Anziehung zwischen 2 kV und 4 kV
3 kV: Anziehung zwischen 3 kV und 6 kV
4 kV: Anziehung zwischen 4 kV und 8 kV


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Die Torsionswaage hat nicht gesponnen. Dort hatten wir Kraftkompensation bei 2kV vs. 4kV. Mit der aktiuellen Messung ist der Punkt bei 3 kV vs. 6 kV. Allerdings verwende ich größere Kugeln.

Coulomb scheint erst bei großen Spannungen richtig zu rechnen. Ab dann ist keine Kraftkompensation mit der Torsiomswaage entsprechend Versuch #2 mehr möglich.

[alfsch]

[quote] Ich spekuliere, dass das mit dem Schirm zusammenhängt. [/quote]
DAS sollte nicht so sein - denn es bedeutet : dann hat die Umgebung durchaus einen deutlichen Einfluss.
Dessen Vermeidung war ja (mein) Grund zu sagen: nur mit Schirm auf gleichem Potential sind irgendwelche (anziehenden) Felder/Kräfte der Umgebung beseitigt. Die hast du ohne Schirm ja immer "mit im Boot".

[Gucki]

[quote='alfsch' pid='318489' dateline='1727676330']
[quote] Ich spekuliere, dass das mit dem Schirm zusammenhängt. [/quote]
DAS sollte nicht so sein ...
[/quote]

Ist auch nicht so. Wie mit den letzten Messungen bewiesen, schwächelt Coulombs Anziehung bei kleinen Spannungdifferenzen. Bei 2kV / 4 kV war eine winzige Abstoßung (!) zu messen. Bei 3 kV / 6kV dann eine Kraft, die die Coulombsche Abstoßung kompensiert. Und erst darüber gewinnt dann schließlich seine Anziehung die Oberhand.

Ich hab nicht den geringsten Zweifel mehr, dass Coulomb-Anziehung und -Abstoßung additive (überlagernde) Kräfte sind. Beide mit offensichtlich abwweichenden Kurvenverläufen.

Man kann also formulieren: "es gibt keine Abstoßungskraft, die der Coulomb-Anziehung exakt entspricht".

[Gucki]

Nach unseren Messungen würde ich folgende Erkenntnisse über Elektrostaten formulieren:

- Es muss eine möglichst große Lautsprechertapete sein, um die Hübe klein zu halten.

- Betrieb im Bereich der Coulombschen Abstoßung, weil da die Kraftkurve linear ist. Beide Membranen parallel. Bias 3kV. NF < 1 kVs.

- Eine Palette Alufolie (Frapan) und ordentlich Wumms im Hochspannungsverstärker, um die paar Mikrofarad zügig umladen zu können.

- Wirkt als Faradayscher Käfig, was Handy-Ruhe beim Musikgenuss garantiert.

- Gardinen, um Raumresonanzen zu dämpfen und - um Gottes Willen - die Sonne auszusperren. Denn schon ein schwacher Lichtschimmer kann nahezu ewig hin und her reflektiert werden oder sogar lasern. Sicherheitshalber Sonnenbrille und Sonnencreme nicht vergessen. Etwas Elmsfeuer nahe des Frapans ist ja immer.

Keinen Alu-Hut aufsetzen und swiffern nur, wenn die Anlage ausgeschaltet und die Folie geerdet ist. Sonst schluckt die Influenz Besitzer und Staubwedel.