Physikers Zauberkugel - oder elektrodenlose Ringentladung.

Physikversuche dürfen auch manchmal ein wenig Show sein. Meist ist wenig Gelegenheit dazu, aber diesen Versuch sollte man ein wenig "zelebrieren"!

Das Foto zeigt den Aufbau, den es sicher in vielen Sammlungen samt Betriebsgerät gibt (Leybold-Heraeus). Ein mit Röhren bestückter Multivibrator erzeugt eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Megahertzbereich. An ihn wird eine Spule mit wenigen Windungen angeschlossen. In deren Mitte befindet sich eine Glaskugel, die mit einem Gas gefüllt ist.

Mit dieser Kugel darf der Physiklehrer nun ein wenig "zaubern". Dazu benötigt er einen "Zauberstab" aus Kunststoff und ein Tuch. Der "Zauberstab" wird zunächst am Tuch gerieben und dann in die Nähe der Glaskugel gebracht - und voilá - das Gas in der Kugel leuchtet in fahlem Orange!

Das folgende Versuchsvideo verdeutlicht den "Zaubertrick".

Was steckt dahinter?

Hier wird nicht wirklich gezaubert, hinter dem Trick steckt einfach nur Physik!

Die hochfrequente Wechselspannung ist an den Drahtwindungen um die Glaskugel angelegt. Daher entsteht in der Glaskugel ein sich ständig änderndes Magnetfeld.

Wäre in der Glaskugel ein Ring aus Metall, dann würden sich in diesem Metall sofort Ringströme ausbilden, genau wie beim Versuch mit dem Aluring. Wegen der Wechselspannung würde sich dabei der Umlaufsinn der Elektronen im Aluring mit dem Takt der angelegten Wechselspannung ständig ändern.

Nun ist das Gas aber zunächst elektrisch neutral, in ihm sind keine Ladungsträger, die sich bewegen könnten. Wird der Kunststoffstab am Tuch gerieben, werden Ladungen getrennt, Tuch und "Zauberstab" sind anschließend elektrisch geladen.
Bringt man den Stab in die Nähe der Glaskugel, so werden dabei im Gas freie Ladungsträger erzeugt, die nun - genau wie im Aluring - Ringströme erzeugen können.
Die Ladungsträger prallen mit den Gasmolekülen zusammen und geben dabei Energie an die Moleküle ab. Diese Energie strahlen die Moleküle dann in Form von Licht ab.

Es handelt sich dabei um eine Gasentladung, ähnlich der, die auch in Leuchtstoffröhren erfolgt.
Allerdings ist diese Gasentladung ringförmig (daher Ringentladung) und sie geht - anders als bei Leuchtstoffröhren - nicht von Elektroden aus, sondern ist ein Spezialfall eines Ringstromes, wie er bei der Induktion entsteht.

Einen Vergleich zwischen diesen verwandten Versuchen findet man hier: Vergleich dreier Versuche

Sie können den Film auch hier herunterladen: zauberkugel.flv (FLV Format 1,1 MB).
(Rechter Mausklick und "Ziel speichern unter")
Zur Wiedergabe eignet sich z.B. der kostenlose VLC-Player http://www.videolan.org/vlc/