FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilJacobs Stige

Forsøg nr.: 21
Formål: At vise sammenhængen mellem gnister og temperatur samt mellem spænding og elektrisk felt.
Resume: En gnist mellem to elektroder vil stige til vejrs.
Nøgleord: Elektriske felter, elektriske potentialer, højspænding, ledningsevne, atomfysik, ioniseringspotentiale, spektralanalyse, lys, lyd, tryk.

Beskrivelse:

Almindelig atmosfærisk luft vil ioniseres og "bryde sammen", når det udsættes for et elektrisk felt af en given størrelse. Som tommelfingerregel kan man regne med et elektrisk felt på ca. 30.000 volt pr. cm, men dette er afhængigt af luftens fugtighed.

Har man to elektroder på hvert sit elektriske potential, er det elektriske felt imellem dem altså bestemt af afstanden. Det største felt findes der, hvor afstanden er mindst.

To buede elektrode placeres nu, så de danner et lille gnistgab, hvorefter afstanden øges i opad. Elektroderne forbindes til en højspændingsforsyning.

Diagram over Jacobs Stige
"Jacobs Stige": Højspænding lægges over to elektroder. En gnist dannes der, hvor afstanden er mindst, hvorefter varmen får gnisten til at stige til vejrs.

Der, hvor elektroderne sidder nærmest, vil feltstyrken kunne blive så høj, at luften ioniseres. Når dette sker, vil elektroner accelereres mod den positive elektrode og ioner accelereres mod den negative elektrode. Dette skaber kollisioner mod luftmolekylerne, hvilket forårsager yderligere ionisering. Dette får luften til at blive ledende, hvorefter der dannes en stabil gnist mellem de to elektroder.

Jacobsstige
Eksempel på Jacobsstige indpakket i plastik (forrest) og metalnet (bagerst). Transformatoren leverer 10 kV / 5 mA RMS ud fra 220 V lysnet.

Når gnisten springer, så opvarmes luften, der igen udvider sig. Dermed begynder luften at stige til vejrs. Dette trækker det ladede ionplasma i gnisten med, hvorfor gnisten nu bevæger sig opad.

Jacobs Stige i funktion
Jacobs Stige i drift. Billeder er optaget i svagt lys, hvorfor kameraet har lang eksponeringstid. Gnisten ses derfor hele vejen op ad elektroderne. I referencerne findes en film af Jacobsstigen.

At gnistens bevægelse er afhængig af luftens egenskaber kan man se på to måder: 1) Hvis Jacobsstigen lægges ned i vandret, så vil gnisten ikke længere bevæge sig ud af elektroderne, da den varme luft trækkes opad (altså vinkelret på elektroderne). 2) Hvis man puster ned mod gnisten på en opretstående Jacobsstige, så vil man faktisk kun blæse gnisten nedad. Gnisten følger altså luftstrømmen.

Faresymbol Forsøget anvender højspænding. Yderst farligt!

Udstyr og materialer:

grøn pil Højspændingstransformator

Referencer:

grøn pilLink til forsøg i database på University of Iowa.
grøn pilLink til forsøg i database på University of Maryland.
grøn pilQuick Time film af forsøget (2,01 MB).

PIRA DCS: 5D40.10 (Elektricitet og magnetisme: Modstand) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 27.10.2004