[Gucki]

Man sieht am verhalten der beiden Kondensatoren gut, dass sie nicht angezogen werden. Zum Beispiel vom Papierkorb. Denn bei der Anziehung entstehen unweigerlich wegen des "F = K / r²"-Gesetzes Instabilitäten, weil eine zufällig etwas stärkere Seite dann sogar noch stärker angezogen wird.

Bei der Abstoßung ist es umgekehrt. Kommen zwei Kanten sich zu nahe, verstärkt das an der Stelle die Abstoßung. Im Endergebnis stehen beide Kondensatoren parallel.

So ist es hier der Fall.

Also ganz klar Abstoßung.

[alfsch]

Ich gebs auf.

>Also ganz klar Abstoßung.

Jaaaa, klar, mit den Feldern +2kV -- Masse  gibt es natürlich bei diesem Aufbau eine abstossende Kraft - durch die Wirkung der Felder gegeneinander.
Wenn das so schwer zu verstehen ist,.... pfft.

[Gucki]

Was ich heute mühsam mit zwei Alufolien und dem Isolator gebastelt hab, erreicht Coulomb mit seinen piffeligen Holundermarkkugeln ganz mühelos. Denn die Dipole in Isolatoren und meinen selbstgemachten Kondensatoren können gleichermaßen nur sehr begrenzt externe Felder ausgleichen. Und Elektronen in der EAA91 können es gar nicht.

Die Coulombsche Abstoßung funktioniert nur mit Isolatoren, Elementarladungen oder meinem heutigen Kniff  Niemals aber mit Leitern.

Nicht Generationen von Forschern haben sich getäuscht. WIR hatten den Kern der Sache nicht begriffen.

Aber ich habs nun begriffen. Dank Miroslaws Stichwort "Dipol".

[Gucki]

Die angekündigte Verkündigung der Entfesselung der Kräfte muss noch etwas warten.

[Gucki]

Zwar brauch ich nur noch beeindruckend kleine Aktoren für die Abstoßung:

   

Aber den mg-Bereich hab ich immer noch nicht verlassen können:

   

Meine gestrigen Formeleien versprachen mir deutlich mehr *Wumms*... 

[Gucki]

Hier....

https://stromrichter.org/showthread.php?...#pid319694

...habe ich zwei - scheinbar - widersprüchliche Formeln gegenüber gestellt.

Die Ableitung von Coulomb (die mit den uralten Waagenmessungen geprüft wurde):

(1) F = eo er A U² / d²

und andererseits Coulomb (für den Plattenkondensator):

(2) F = Q1 Q2 / (A eo er)

Die Formel (2) ist extrem spannend! Denn sie sagt nichts anderes, als dass bei konstanten Ladungen der Abstand zwischen den zwei Platten überhaupt keine Rolle spielt. Das kann man erstmal nicht verstehen, weil wir bisher nie so richtig zwischen Spannung und Ladung nie so richtig exakt unterschieden haben.

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Nun ist aber U = Q / C. Bei gegebener Ladung ist die Spannung von der Kapazität abhängig.

Wenn ich die geladenen Kondensatorplatten also weiter auseinander ziehe, so erhöht sich automatisch deren Spannung. Und dadurch bleibt die Kraft konstant (allerdings wurde Arbeit bei Auseinanderziehen reingesteckt, so dass sich die Energie vergrößert hat).

Die Kraft vergrößern kann ich (bei konstanter Ladung) durch Entfernung des Dielektrikums.

Oder - und da wirds wieder spannend - durch Abstandserhöhung, wen das Dielektrikum auf einer Elektrode verbleibt und den Zwischenraum nicht mehr vollständig ausfüllt. Die Kraft wird also größer, wenn ich den Abstand vergrößere!

Wenn das wahr sein sollte, beweist das, das mein Coulomb-Verständnis schon ganz gut ist und wir haben einen völlig unbekannten Effekt am Wickel. Denn das Abstandsgesetz suggeriert ja, dass die Kraft geringer wird.

Und wenn es nicht wahr sein sollte, dann ist das halt Künstlerpech... 

[Gucki]

Faszinierend. Es funktioniert genauso wie ich vorausgesagt hab. Es gibt ein Abstoßungs-Kraftmaximum bei ca. 3 Dicken des Dielektrikums.

Ich hab also die Coulombformel (2) richtig verstanden.

[Gucki]

Hier mal eine typisches Experiment:

   

Der Waagenteller ist geerdet. Wenn er nach unten gedrückt wird, steigt das angezeigte Gewicht. Und wenn er nach oben gezogen wird, sinkt das angezeigte Gewicht.

Auf dem Teller liegt ein Keramikkondensator mit zwei aufgedampften Elektroden. Die untere Elektrode hat Kontakt zum geerdeten Waagenteller. Der Waagenteller schirmt den Kondensator nach unten ab.

Über dem ganzen schwebt eine höhenverstellbare Elektrode. Ich benutze zwar auch einen Kondensator, aber seine zwei Pole sind kurzgeschlossen und mit einer einstellbaren HV-Quelle verbunden.

Die Waage wird auf 500mg tariert:

   

Der untere Kondensator ist entladen. Und die obere Elektrode wird auf +1000V gelegt und abgesenkt. Je näher sie dem unteren Kondensator und Waagenteller kommt, desto stärker wird er nach oben gezogen.

   

dadurch verringert sich der Abstand zwischen oberer Elektrode und Waagenteller und er wird noch stärker hochgezogen. Bis schließlich die obere Elektrode den Kondensator berührt und beide Platten auf gleiche Spannung geladen werden.

Nun wird der Waagenteller nach unten gedrückt. Über die 500mg hinaus auf 510 mg. Also 10 mg Abstoßung.

   

Durch weiteres Anheben der oberen Elektrode kann ich die Abstoßung noch bis auf 20mg steigern. Diieses Maximum tritt ungefähr bei doppelter Kondensatordicke auf. Dann ist eine Hälfte des Abstands zwischen Kondensator und oberer Elektrode mit Luft statt Dielektrikum gefüllt:

   

Wenn ich das ganze Spiel mit +2000V durchführe, komme ich auf die doppelte Abstoßung:

   

Wenn ich dann die obere Elektrode noch weiter anhebe, verblelbt eine konstante Abstoßung, wenn auch gering:

   

Erwartungsgemäß wird der geladene Kondensator stark nach oben gezogen, wenn ich die Spannung der oberen Elektrode abschalte,

   

[Gucki]

Eine Abstoßung findet nur statt, wenn der Kondensator und die obere Elektrode spannungsgleich geladen wurden.

Da der Kondensator auf dem geerdeten Waagenteller gewogen wird, kann es keine Anziehung nach unten geben.

Der Kondensator entspricht 1:1 unserer Paper-Glocke. Und die obere Elektrode entspricht dem Papaierkorb. Allerdings mit dem Unterschied der deutlich geringeren Entfernung

Die gezeigte starke Abstoßung wirkt nur im Millimeterbereich. Und die schwache - aber weitreichende - Abstoßung konnte ich mit der China-Waage nicht entdecken.

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Jetzt brauch ich nur noch eine Abstoßungs-Applikation. Zum Beispiel irgendeinen sehr bodennahen hover. Dabei würde ich Abstoßung vom Boden und Anziehung der Luft kombinieren. Vielleicht komme ich dann mühsam auf 0.1 Gramm.

[Gucki]

Bisher hab ich die Coulombkraft auf zwei Arten dargestellt: ladungs- und spannungsbezogen.

Die Eichfreiheit des beide Darstellungen verbindenden "Potentials" war mir nicht geheuer, obwohl richtige Physiker daran immer als erstes denken.

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Es muss aber alles auch über die potentielle Energie gehen. Miroslaw hatte das anklingen lassen.

So nach dem Motto: "wenn ich dafür sorge, dass alle anziehenden Kräfte vernachlässigbar sind, dann muss - wegen der Energieerhaltung - eine abstoßende Kraft verbleiben."

Oder anders ausgedrückt: "die im Paper festgestellte Kraftlosigkeit innerhalb des Faraday-Käfigs ist einfach eine Folge der Tatsache, dass innerhalb des Käfigs keine Energie gespeichert wurde."

Zusätzlich habe ich die Hoffnung, dass ich bei der Energiebetrachtung noch einen Trick finde, wie ich die Kräfte allgemein steigern kann. Denn so lange ich im mg-Bereich rumspiele, haut mich das ganze nicht wirklich um.

[Gucki]

Es ist erschreckend. Meine elektrostatischen Versuche bewirken "Kräfte", die um über drei Dekaden zu klein sind.

Wenn ich meine 1.7nF-Kondis von Hand entlade, dann kann ich Kilogramm bewegen.  Alternativ kann man auch Froschschenkel nehmen, aber das ist unsportlich.

Kurzum: nur ein erbärmlich kleiner Teil der gespeicherten Energie kann mit elektrostatischen Feldern drahtlos transportiert werden. 

Kein Wunder, dass de UFOs alle naslang überall abstürzen.

[Gucki]

Das Missverständnis unseres Gemeinschaftspapers ist die stillschweigende Annahme, dass "Spannung = Ladung".

Dabei haben wir übersehen, dass die Ladung und Spannung über die Kapazität gekoppelt sind.

Die galvanische Verbindung eines Elektroskops in einem ummantelnden Käfig bewirkt keine gleichen Ladungen, sondern eine vollständige Entladung des Elektroskops.

Denn dass der Käfig relativ zur Umwelt geladen ist, kann das innere Elektroskop nicht spüren, da sich seine Kapazitäten ausschließlich auf den Käfig beziehen.

Wir haben also lediglich bewiesen, dass ohne Spannung auch keine Ladung besteht. Das war unbestritten und damit haben wir Coulomb nicht widerlegt.

[Gucki]

Die mächtig große Anziehungs-Kraft (= "MÄGA") hab ich im Sack. Über 1 Gramm mit 20 mm Durchmesser. Also 3 kg mit 1 m² Folie. Mit nur 2000V.

Nun muss mir das "nur" noch bei der Abstoßung auch gelingen.

[Gucki]

Hier die richtig durchgeführte Coulomb-Ladungs-Abstoßung mit Papierkorb.


Elektroskop und Ständer sind von der unteren Folie isoliert. Alles ist noch ungeladen:

   


Elektroskop auf +4000V aufgeladen und dann Verbindung getrennt, damit die Ladung des Elektroskops unverändert bleibt:

   


Dann Papierkorb drüber gestülpt und Papierkorb und untere Folie auf +4000V geladen:

   


Man sieht schön, dass sich die Elektroskop-Kapazität auf den Käfig bezieht. Dessen zusätzliche Ladung vergrößert die Abstoßung.


Die im Gemeinschaftspaper erzwungene gleiche Spannung hat also nichts mit Coulombs gleicher Ladung zu tun.

[Gucki]

Von Alfsch per Mail (damit ichs nicht vergesse):

Zitat:noch was:
a: ...Käfig von 0 auf +4kV ..?
b:   Käfig von 0 auf -4kV ..?
c: Käfig auf das Elektroskop, alles auf 0 V . Dann Käfig auf +4kV, und auf -4kV.  -> Wenn sich gleiche Ladung abstösst - muss das Teil beides mal Spannung Potential anzeigen.
 
btw
Ich hatte dieselbe Idee schon auch, mit meinem Mini-Elektroskop im Fritten-Käfig, nur hat sich das Mistding so schnell entladen, dass ich das nicht sinnvoll versuchen konnte.

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Ich hatte das im Käfig isolierte Elektroskop von außen per Kabel laden wollen. Leider haut das nicht hin, weil dieses Kabel sozusagen ein Leck im Käfig darstellt. Klare Verhältnisse haben wir, wenn wir das Elektroskop durch ein peephole aufladen und dann das Ladekabel trennen. 

Elektroskop auf +3kV, Käfig 0V:

   

Ladekabel weg. Elektroskop hält die Ladung. Käfig immer noch auf 0V:

   

Nun Käfig auf +3kV:

   

Ich hoffe, dass man die Zunahme des Ausschlags trotz des blöden Winkels erkennen kann.

[Gucki]

Damit ich quantitativ messen kann, hab ich  die Plastik-Isolatoren unter dem Elektroskop durch vier Scheibenkondis mit je 1.7nF ersetzt. Also zwischen Käfig und Elektroskop befinden sich rund 7 nF. Damit sind wir unabhängig von Entladungen und Peanuts-Kapazitäten.

Elektroskop mit +2kV geladen. Käfig auf 0V gehalten:

   

Und nun auch Käfig mit +2kV aufgeladen:

   

[Gucki]

Die Kondensatoren ermöglichen mir auch einen Polaritätswechsel zu testen, denn der kostet immer etwas Zeit.

Elektroskop mit -2kV aufgeladen, Käfig mit +2kV -> Ausschlag wird kleiner.

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Wenn ich das Elektroskop ungeladen lasse, kann ich den Käfig aufladen wie ich will. Das Elektroskop schlägt niemals aus.

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Das letzte Experiment ist spannend. Auf dem Elektroskop gibt es weder Elektronenüberschuss noch Elektronenmangel, da es nicht geladen wurde.

Prinzipiell könnte das ungeladene Elektroskop durch Influenz geladen werden. Aber das dazu benötigte elektrische Feld schließt der Faraday-Käfig kurz.

Die Käfigladung kann also nur dann die Kraft der Elektroskopladung vergrößern oder verkleinern, wenn das Elektroskop auch geladen ist. So zeigt es das Experiment.

Wenn das wahr sein sollte, dann könnten wir Elektronik auch innerhalb eines Faradaykäfigs durch Ladung des ganzen Käfigs beeinflussen.

[Gucki]

Zitat:Wenn das wahr sein sollte, dann könnten wir Elektronik auch innerhalb eines Faradaykäfigs durch Ladung des ganzen Käfigs beeinflussen.

Yes I can! Ich liebe vorausgesagte - aber unbekannte - Erkenntnisse:





Ein Faraday-Käfig ist also auch nicht mehr das, was er einmal war.


Meine Phlips-Multimeter lassen sich in eine Elektrometer-Betriebsart schalten. Dabei ist den Eingängen nur ein internen Kondensator parallel geschaltet - aber kein Widerstands-Spannungsteiler. In diesen Kondi fließen ein paar pA Leckstrom des FET-Instrumentenverstärkers und laden ihn langsam auf.

Beim ersten HV-Kontakt ist die Aufladung noch gering und der Zeiger reagiert deutlich aber schwach. Beim zweiten HV-Kontakt ist der Kondi schon deutlich mehr aufgeladen und prompt jage ich den Zeiger bis fast zum Endanschlag.

Das passt genau zu der Beobachtung, dass erst etwas Ladung im Elektroskop (relativ zum Käfig) da sein muss, bevor sich die Ladung des Käfigs auswirken kann.

[Gucki]

Wir können also geschirmte Elektronik dann beeinflussen, wenn die Elektronik galvanisch mit dem Schirm verbunden ist und innerhalb der Elektronik Ladungen eine Rolle spielen. Beides ist der Normalfall.

Damit ist der Faraday-Käfig keine sichere Schirmung gegen Potentialänderungen bzw. Felder!

Abenteuerland Physik.

[alfsch]

(09.03.2025, 02:03 PM)Gucki schrieb: Wir können also geschirmte Elektronik dann beeinflussen, wenn die Elektronik galvanisch mit dem Schirm verbunden ist und innerhalb der Elektronik Ladungen eine Rolle spielen. Beides ist der Normalfall.

Damit ist der Faraday-Käfig keine sichere Schirmung gegen Potentialänderungen bzw. Felder!

Abenteuerland Physik.

Ehe neue "Erkenntnisse" kommen - sollten die Versuchs-Bedingungen korrekt sein: "der Faraday-Käfig" ist hier , soweit ich das sehen kann, kein "echter" Faraday-Käfig ,
weil nicht vollständig geschlossen. Der Rand unten ist teilweise offen, somit sind Aussagen zum Faraday-Käfig falsch. Es ist nur eine Teil-Abschirmung (ok, 97% könnte es sein, aber das reicht eben nicht.). Und es ist nur ein Gitter, daher nicht absolut "dicht" (sondern eher 99,99% oder so), aber mit Spalt unten ...k.v.

Die Zuführung von Spannung bzw Ladung muss zb mit dünnen Draht, mit ausreichend Isolation natürlich, durch das Gitter erfolgen (und der Draht natürlich wieder völlig raus, zur Messung).