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Vakuumversuch

 

Um zu testen, ob ein Lifter für seinen Flug ein Trägermaterial wie z.B. Luft benötigt, haben wir ihn in einer Glasglocke aufgebaut und diese im Anschluss evakuiert. Der erreichte Unterdruck beträgt 75 hPa (bei Standardbedingungen ist der Luftdruck 1013 hPa).

Da die uns zur Verfügung stehende Glasglocke einen Durchmesser von nur etwa 20 cm hatte, sollte der Lifter einen Kantenlänge von 15 cm nicht überschreiten, damit seine Bewegungsfreiheit nicht zu sehr von der Glocke eingeschränkt wird. Des Weiteren stand für diesen Versuch nur eine Spannungsquelle von etwa 25 kV zur Verfügung. Aufgrund dieser Randbedingungen waren wir gezwungen, einen kleinen Lifter zu konstruieren (siehe Bauanleitung Minilifter) der bei niedriger Spannung abhebt.

Zunächst bauten wir den Lifter mit der 25 kV Spannungsquelle innerhalb der Glasglocke auf, siehe Bild 1. Der Untergrund, auf den wir die Glocke setzten, welcher zugleich die Platte der Absaugpumpe war, bestand aus einer Metallplatte, die galvanisch mit dem Gehäuse der Pumpe verbunden schien und einer Gummimatte zur Abdichtung. Um die Hochspannung an die obere Elektrode anzuschließen, haben wir zunächst Aluminiumfolie an die linke Innenseite der Kuppel geklebt und das Erdpotenzial auf der rechten Seite der Kuppel zum Lifter geführt. Da allerdings die Gummimatte recht dünn war, gab es häufige Überschläge zwischen der Zuleitung an der Kuppel und der Metallplatte unterhalb des Lifters. Dies wurde behoben, indem wir die Funkenstrecke durch Hochklappen der Gummimatte verlängert haben. Auf diese Weise war die Distanz zwischen dem Gehäuse und der Hochspannungszuleitung größer.

Aufgrund einer Potenzialdifferenz zwischen dem Gehäuse und der unteren Elektrode des Lifters und der daraus resultierenden Anziehung, hob der Lifter nicht ab. Dieses Problem wurde beseitigt, indem wir die Innenseite der Kuppel (abgesehen von dem Anschluss der Vakuumpumpe und der Zuleitung der Hochspannung) mit Alufolie auskleideten und diese mit der unteren Elektrode verbanden. So liegt der Boden auf demselben Potenzial wie die untere Elektrode, sodass eine Anziehung der Beiden nicht mehr möglich ist.  An der Kante der Aluminiumfolie gab es Aufgrund des Spitzeneffekts häufige Überschläge. Durch eine Erhöhung des Abstands und dem Auftragen von Vaseline auf die Schnittkante des Aluminiums ließen sich diese Überschläge vermeiden und die Flugfähigkeit erreichen.

Bild 1    Versuchsaufbau zum Vakuumversuch

Nun flog unser Lifter innerhalb der Kuppel. Während des Fluges starteten wir die Vakuumpumpe und verringerten den Druck. Dies sorgte für mehrere Durchschläge zwischen der oberen und unteren Elektrode und dem Absinken des Lifters. Als der Druck noch weiter absank, hörten zwar die Entladungen auf, allerdings konnte unser Lifter dennoch nicht wieder abheben. Trotz angelegter Hochspannung konnte während des Vakuums keine Flugfähigkeit hergestellt werden. Nachdem wir die Spannung wieder auf den ursprünglichen Wert einstellten und anschließend wieder Luft einströmen ließen,  gab es zunächst einige Durchschläge zwischen den Elektroden. Diese ließen aber mit weiterer Annäherung an den Normaldruck nach und der Lifter hob letztlich wieder ab.

Da das verwendete Labornetzteil leider nur einen Strom von 1 mA liefern konnte, wird die Hochspannung über dem Lifter allerdings während des sich abbauenden Luftdrucks runtergeregelt. Der Grund, warum in der Phase der Strom ansteigt (bzw. durch das Runterregeln der Spannung konstant gehalten wird) liegt darin, dass sich die ionisierten Luftmoleküle bei geringerem Druck, also weniger neutralen Molekülen zwischen den Elektroden, leichter bzw. schneller zur unteren Elektrode bewegen können.

Für ein aussagekräftiges Ergebnis hätte das Netzteil mehr Leistung erbringen müssen, damit die Spannung über dem Lifter hätte konstant gehalten werden können. Somit bestätigt oder widerlegt dieser Versuch keine der Theorien zur möglichen Funktionsweise. Der Versuch muss dafür mit einem leistungsfähigem Hochspannungs-Netzteil widerholt werden. Der Versuch zeigt lediglich die verminderte Isolationsfähigkeit von Luft unter verringertem Druck.