Demonstrationsexperimente zum Arbeitsgebiet Nichtlineare Systeme und Strukturbildung

Dr. J. Berkemeier, Prof. Dr. H.-G. Purwins

Eindimensionale Gleichspannungs-Gasentladung

Aufbau

Das Experiment wird mit der Gasentladungsröhre der Firma Leybold Didactic GmbH, Bestellnummer 554161, durchgeführt. Für die Spannungsversorgung wird ein geregeltes Hochspannungsnetzteil mit einer Ausgangsspannung von 1,5 KV und einem Ausgangsstrom von 20 mA benötigt (Z.B. Oltronix Power-supply A3.4K-40R). Zusätzlich wird als Vorwiderstand ein 30 kOhm Hochspannungswiderstand (z.B. Rosenthal 33k, 100W) benötigt.

Des Weiteren wird zur Evakuierung des Rohrs und zur Einstellung des Heliumdrucks eine Drehschieber- oder Vorpumpe mit einem Enddruck von unter 0,1 hPa, eine Druckanzeige, Ventile, ein T-Stück, PVC-Schläuche und eine Helium oder Argondruckflasche mit Druckminderer benötigt. Edelstahlwellschläuche sollten nur über ein Kunststoffrohr mit dem Entladungsrohr verbunden werden, da es sonst zu Überschlägen zur geerdeten Pumpe kommen kann.

Durchführung

Zuerst wird die Röhre zum Spülen zwei- bis dreimal auf unter 1 hPa evakuiert und mit Helium oder Argon auf etwa Normaldruck gefüllt. Zur Durchführung wird die Spannung auf ca. 1500 V gestellt und dann das Helium abgepumpt, bis die Entladung zündet. Bei weiterer Druckerniedrigung und Reduzierung der Spannung entsteht das Linsenförmige Muster in Abb. 1.. Der Arbeitsdruck liegt unter 1 hPa.

Die folgende Bilderserie wurde mit bei folgenden Parametern aufgenommen: Gas: Argon, p = 0.1 hPa, R₀ = 12,6 kOhm. Dabei wurde die Spannung erst langsam hoch (Dreiecke, Abb. 2)) und dann wieder runtergefahren (Rechtecke, Abb. 2). Die Abb. 2 zeigt die dabei gemessene I-U-Kennlinie, die Abb. 3 - 6 die Strukturen. Die Zifern in Abb. 2 ordnen die Strukturen den Punkten in der Kennlinie zu.