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Forum: HF, Funk und Felder Ausrichtung von Dioden im elektrostatischen Feld


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von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Hallo :)

weil ich selber keine Hochspannung zur Verfügung habe,
um zu testen, ob bspw. in Öl schwimmende Silizium
Gleichrichterdioden im elektrostatischen Feld immer
die gleiche Ausrichtung einnehmen, frage ich ich hier im
Forum.
Vielleicht kann da jemand eine Antwort geben ... am besten
aus einem Experiment.
Von der Überlegung her sollte sich stets die Anode zum
Pluspol ausrichten und die Kathode zum Minuspol.
( Kathode ist doch die Seite mit der Kennzeichnung? )

von jemand anderes (Gast)


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ich wette daß die Dioden sich alle längs paralell zu den Feldlinien 
anordnen werden, aber mit 50:50 in beide Richtungen verteilt

Ohne daß du einen Strom von außen durch die Diode schickst sind "Anode" 
und "Kathode" elektrisch neutral

von Samdeluxe (Gast)


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Ganz ehrlich, hast du auf einen Samstagabend keine anderen Sorgen? Geh 
ein Bier trinken und lern jemand kennen...

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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jemand anderes schrieb:
> alle längs paralell zu den Feldlinien anordnen werden

das denke ich Grundsätzlich auch.
Aber auch im Medium "Öl" fließen geringste Ströme, so,
daß eine elektrostatische Aufladung des Objektes im
elektrostatischen Feld erfolgt. Zumindest entsteht bei
anlegen einer Spannung im Objekt ( hier die Diode ) ,
ein Verschiebungsstrom. Dieser kann theoretisch nur in
eine Richtung fließen, wenn die Anschlüsse der Diode
kapazitiv wirken. Damit sollte also die Anode stets negativ
geladen sein und daher eine Ausrichtung zum positiven
Pol des Feldes einnehmen.
Ein Experiment dazu wäre echt von Vorteil.

von Hans Martin (Gast)


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Hallo,

Ein interessantes Problem! Habe eine ganze Weile darüber nachgedacht. 
Meine Meinung: die Dioden orientieren sich im Feld zu gleichen Teilen in 
Leit- und in Sperr-Richtung.

Warum ?

Es ist einerseits sicher wahr, dass der Verschiebungsstrom zwischen den 
Enden der Diode (oder den daran anschließenden Drähten) die Diode in 
Leitrichtung passieren kann und in Sperrrichtung nicht. Es entsteht dann 
ein Dipol, und ein Drehmoment, dass die schwimmende Diode im Feld 
ausrichtet.

Andererseits, wenn die Diode zum Feld in Sperrichtung orientiert ist, 
dann entsteht auch hier trotzdem ein Dipolmoment.

Man kann die sperrende Diode  wie zwei halb so lange Dipole betrachten, 
nämlich die beiden Anschlußdrähte zu beiden Seiten des Halbleiters. 
Diese berühren sich in der nicht leitenden Sperrschicht. Zu beiden 
Seiten des gesperrten pn-Übergangs werden in der Diode aber positive und 
negative Raumladungen erzeugt. Sperrschichtkapazität. Also auch hier 
gibt es Polarisationsladung, und ein Drehmoment im äußeren Feld.

Einziger Unterschied zwischen den leitenden und sperrenden Dioden ist, 
dass bei den sperrenden eine Spannung zwischen den Polen liegt. Bei den 
leitenden ist das nicht so. Aber in Bezug auf die Ladungen an den Enden 
ist kein Unterschied.

Was meint Ihr dazu ?

Ein Experiment wäre sicher nicht schlecht.

Hans Martin

von blubman (Gast)


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Falls es einen Effekt geben sollte wird dieser gering sein sodass 49% 
der Dioden so rum und 51% anders herum liegen werden. Statistisch macht 
es (vielleicht) dann was aus;)

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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mehr als 650 Volt dc bekomme ich nicht erzeugt.
Genügt das schon für diesen Feldversuch ?

von Wolfgang (Gast)


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Hans Martin schrieb:
> Einziger Unterschied zwischen den leitenden und sperrenden Dioden ist,
> dass bei den sperrenden eine Spannung zwischen den Polen liegt. Bei den
> leitenden ist das nicht so. Aber in Bezug auf die Ladungen an den Enden
> ist kein Unterschied.

Der Unterschied ist aber, dass bei den sperrenden Dioden eine Spannung 
zwischen den Enden liegt und bei den leitenden nicht. Dadurch steigt bei 
den leitenden Dioden die Feldstärke, weil sich die "Ölstrecke", über der 
die äußere Spannung anliegt, verkürzert. Sperrende Dioden sind neutral. 
Damit entsteht bei den leitenden Dioden ein Drehmoment. Je länger der 
Diodenkörper (einschließlich isolierten Anschlussdrähten) und um so 
kürzer das Gefäß, um so größer werden Feldstärkeänderung und damit die 
elektrostatische Kraft. Lange, unisolierte Anschlussdrähte stellen einen 
Kurzschluss dar, der den Unterschied zwischen leitenden und sperrenden 
Dioden verwischt, weil alleine schon der Kurzschluss der beiden 
Anschlussdrähte jeweils für sich bei Längsausrichtung einen 
Feldstärkeanstieg erzeugt.
Zu Anfang quer zum Feld liegende Dioden werden kaum eine Chance haben, 
ein ausrichtendes Moment aufzubauen, dass gegen 
Oberflächenspannungseffekte an kommt. Einfache Drahtstücke werden sich 
auch ausrichten.

von Fehlanzeige (Gast)


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> bei den sperrenden Dioden eine Spannung
> zwischen den Enden liegt und bei den leitenden nicht

In einem elektrostatischem Feld macht es keinen Unterschied
ob die Diode leitet oder sperrt.
Selbst eine "sperrende" Diode leitet da noch genug...

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Wolfgang schrieb:
> Je länger der Diodenkörper (einschließlich isolierten Anschlussdrähten)
> und um so kürzer das Gefäß, um so größer werden Feldstärkeänderung und
> damit die elektrostatische Kraft. Lange, unisolierte Anschlussdrähte
> stellen einen Kurzschluss dar, der den Unterschied zwischen leitenden
> und sperrenden Dioden verwischt

Der Ansatz gefällt mir.
Also wäre es günstiger, um einen eventuellen Effekt zu
erkennen, wenn die Dioden"beinchen" kurz sind im
Verhältnis zur gesamten Ölstrecke.

von Hans Martin (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Der Unterschied ist aber, dass bei den sperrenden Dioden eine Spannung
> zwischen den Enden liegt und bei den leitenden nicht. Dadurch steigt bei
> den leitenden Dioden die Feldstärke, weil sich die "Ölstrecke", über der
> die äußere Spannung anliegt, verkürzert. Sperrende Dioden sind neutral.
> Damit entsteht bei den leitenden Dioden ein Drehmoment. Je länger der
> Diodenkörper (einschließlich isolierten Anschlussdrähten) und um so
> kürzer das Gefäß, um so größer werden Feldstärkeänderung und damit die
> elektrostatische Kraft.

Hallo Wolfgang,

Sehr guter Punkt. Die Spannung zwischen den beiden Drähten einer 
sperrenden Diode ist ein wichtiger Aspekt. Doch wie hoch ist sie ? 
Nehmen wir einmal an, dass die Spannung allein durch Influenz im 
elektrischen Feld entsteht. Also dadurch, dass entlang der Diode 
positive und negative Ladungen an die Enden der beiden gegenüber 
liegenden Enden der Kontaktbeinchen verschoben werden (Wir schließen 
erst man denh direkten elektrischen Kontakt mit den Elektroden des 
Ölbades aus, der ja extra Ladung auf die Diode bringen könnte)

Die Spannung, die bei sperrender Diode und gegebener Influenzladung 
zwischen den Anschlußbeinchen entsteht, hängt von der inneren Kapazität 
der Diode ab. Diese Spannung ist gleich Influenzladung geteilt durch die 
Sperrschichtkapazität. Wenn die Sperrschichtkapazität klein ist gegen 
die Kapazität zuwischen den Anschlußbeinchen der Diode und den 
Elektroden des Ölbades, dann hast Du recht, denn die Spannung wird wohl 
recht groß. Wenn diese Kapazität aber groß ist, dann bleibt auch die 
Spannung an der Diode klein, und die Sache ähnelt dann mehr oder weniger 
der Situation bei leitender Diode.

Wenn man elektischen Kontakt der Diode mit den Elektroden dagegen 
zuläßt, dann dnke ich auch, dass sperrende und leitende Dioden sich 
unterschiedlich verhalten.

Grüße

Hans Martin

von Jens G. (jensig)


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Wolfgang (Gast) schrieb:

>Der Unterschied ist aber, dass bei den sperrenden Dioden eine Spannung
>zwischen den Enden liegt und bei den leitenden nicht. Dadurch steigt bei

Der Reststrom der Dioden wird Dir aber in der Praxis einen Strich durch 
die Rechnung machen.

von michael_ (Gast)


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Hans Martin schrieb:
> Die Spannung, die bei sperrender Diode und gegebener Influenzladung
> zwischen den Anschlußbeinchen entsteht, hängt von der inneren Kapazität
> der Diode ab. Diese Spannung ist gleich Influenzladung geteilt durch die
> Sperrschichtkapazität. Wenn die Sperrschichtkapazität klein ist gegen
> die Kapazität zuwischen den Anschlußbeinchen der Diode und den
> Elektroden des Ölbades, dann hast Du recht, denn die Spannung wird wohl
> recht groß.

Was soll denn dieser esotherische Humbug?
Sicher hast du noch nie was vom Bändermodell und PN-Übergang gehört.

Ach so:

Ingo S. schrieb:
> weil ich selber keine Hochspannung zur Verfügung habe,
> um zu testen, ob bspw. in Öl schwimmende Silizium
> Gleichrichterdioden im elektrostatischen Feld immer
> die gleiche Ausrichtung einnehmen, frage ich ich hier im
> Forum.

Warum gerade Si-Dioden?
Welche Bauform? SMD oder 10A Leistung?

Warum sollen die gerade im Öl schwimmen?
Warum sollten die nicht oben schwimmen oder auf den Grund absacken?

Im Öl ist wohl die unwahrscheinlichste Annahme.

Hoffentlich sind die Ferien bald vorbei.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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michael_ schrieb:
> Warum gerade Si-Dioden?

Weil sie in der modernen Zeit neben Schottkydioden
mit am häufigsten vertreten sind und diesen gegenüber
bieten Siliziumdioden einen geringeren Leckstrom.

michael_ schrieb:
> Welche Bauform? SMD oder 10A Leistung?

SMD erscheint unpraktikabel. In dem Moment könnte
evtl. MELF eine Option sein. Ansonsten denke ich eher an
THT Dioden, weil da auf die herausgeführten Anschlußdrähte
Styroporkügelchen aufgesteckt werden können, eben, damit
sie in bspw. Öl schwimmen können.
10 Ampere Leistung erscheint mir absolut unlogisch.
Entweder 10 Ampere elektrischer Strom, oder 10 W elektrische
Leistung...
Aber wie auch immer, sind diese Werte fiktiv.
Sinnvoll wäre, eine möglichst hohe Durchbruchspannung
zu wählen und auf geringe Leckströme zu schauen.
Was da dann für Typ zur Auswahl steht, weiß ich nicht.
Jedoch sicherlich keine Hochstromdioden, da diese schon
Bauart bedingt einen größeren Leckstrom erwarten lassen.

michael_ schrieb:
> Warum sollen die gerade im Öl schwimmen?

Das ist in Anlehnung an das Modell einer Kompassnadel..
eben schwimmende Lagerung, um geringste Reibungsverluste
zu ermöglichen. Öl bietet dazu noch die gute Vorraussetzung
der elektrischen Isolation, weshalb eine gleichmäßige
Feldstärkeverteilung zu erwarten ist und wenig Strom im
Medium...Wasser wäre doch unlogisch - oder nicht ?
Wenn die Frage auf "im Öl" reitet, ja - nagut... dann "auf dem
Öl" .
Es wäre noch denkbar, die Art des Öls zu erfragen...
oder dessen Temperatur...die Abmessungen des Behältnisses
für das Öl und wiederum dessen Material...
Nur denke ich, unmittelbar sind das Merkmale des Versuches,
die den angesprochenen Kern der Überlegung unberührt
lassen.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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michael_ schrieb:
>>Hans Martin schrieb:
>> Diese Spannung ist gleich Influenzladung geteilt durch die
>>Sperrschichtkapazität.

michael_ schrieb:
> Was soll denn dieser esotherische Humbug?

C = Q/U   -->   U = Q/C

Ist doch richtig.

von Konfusius (Gast)


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Praktisch vermute ich:
Jeden Effekt den die Sperrschicht haben könnte, kann man vergessen.

Grund ist der Leckstrom, den jede Diode hat. Die Ladung, die durch das 
externe Feld verschoben wird, ist so winzig, dass die auch problemlos in 
Sperrichtung durch die Diode gehen wird. Es wird also keinen Unterschied 
machen, ob man eine Diode, einen Draht oder einen Widerstan da reinlegt.

Haben die Anschlussbeinchen 10pF, die Spannung würde 10V betragen wäre 
die Ladung 100pC. Der Leckstrom von Dioden liegt im Bereich von 100nA. 
Lass es 10nA sein, das ändert wenig.
Da liegt die Zeikonstante im Bereich 1ms-10ms und das ist so kurz, dass 
die Diode mechanisch nicht reagieren kann.

Wenn man einen Effekt sehen will, müsste man eine spezielle 
Ultra-Low-Leakage-Diode und riesige Anschlussbeinchen nehmen.

Wie gesagt, das ist eine Vermutung für ein DC-Feld.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Wenn der Kriechstrom im verwendeten Öl den Leckstrom
kompensiert, gelten diese Annahmen jedoch wieder.

: Bearbeitet durch User
von Hans Martin (Gast)


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Hallo zusammen,

Wenn man einen Effekt sehen wollte, zumal an einzelnen Dioden, die im Öl 
schwimmen, dann wäre die Decke vermutlich ziemlich dünn, wie man so 
sagt. Wegen Kriech- und Leckstrom.

Vielleicht ein alternatives Experiment: warum nicht LEDs als Dioden, und 
zum Zählen ab und zu die Polung des Feldes kurz umdrehen. Dann würden 
die Dioden bei jedem Schaltvorgang kurz aufblitzen, wenn sie in 
Feldrichtung orientiert sind. Und man könnte dann die Lichtblitze 
statistisch auswerten. Ich meine, so 100 LEDs kosten ja auch nicht allzu 
viel.

Grüße

Hans Martin

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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also ...
Mit einem statisch aufgeladenem Luftbalon und einer
auf Wasser schwimmenden 1N4007 läßt sich diese
Diode in beliebiger Ausrichtung ( also auch seitlich )
hin und her ziehen.
Erstmal denke ich, daß es wesentlich besser ist, diesen
Versuch zwischen zwei dc-Polen durchzuführen.
Dazu denke ich noch, schwimmend ist vielleicht wirklich
Mist, weil die Styroporkügelchen eventuell stärker von
dem elektrischen Feld beinflußt werden.
An einem Faden hängend ist da wahrscheinlich besser.
Kann den Versuch jemand durchführen ?

von Theor (Gast)


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@ Ingo

Mich würde interessieren: Warum ist das Experiment für Dich wichtig?
Magst Du das erklären?

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Theor schrieb:
> Warum ist das Experiment für Dich wichtig?

in erster Linie ist es Neugier.
Mich interessiert, wie ein ausreichend starkes,
elektrostatisches Feld experimentell in dessen Polarität
angezeigt werden kann. Praktisch das Äquvalent einer
Magnetnadel im Magnetfeld.
Sicherlich ist eine Diode nach außen hin elektrisch neutral,
jedoch bietet die Raumladungszone der Sperrschicht
sehr große Feldstärken.
Die beteiligten Dotierungselemente Phosphor und Bor
würden sich, als freie Atome, zu den jeweiligen Platten
bewegen...wie in einem Staubabscheider.
Warum also, sollte diese Eigenschaft verloren gehen, wenn
diese Elemente als Dotierungsatome in Silizium eingebracht
sind ? Gerade weil diese Elemente keine chemische
Bindung mit Silizium eingehen, entsteht erst die Eigenschaft
der Diode ( so wie ich das verstanden habe ).
Praktisch möchte ich einen E-Feld-Kompass.

von Theor (Gast)


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Ingo S. schrieb:
> Theor schrieb:
>> Warum ist das Experiment für Dich wichtig?
>
> in erster Linie ist es Neugier.
> [...]

Ah. Ist mir erstmal sympathisch :-)

Danke für die Antwort.

von treTROLLER (Gast)


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Samdeluxe schrieb:
> Ganz ehrlich, hast du auf einen Samstagabend keine anderen Sorgen?
> Geh
> ein Bier trinken und lern jemand kennen...

Ah ja, Du kennst das Problem?

von Mausklicker (Gast)


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Wahrs

Samdeluxe schrieb:
> Geh ein Bier trinken

Macht er doch;

https://de.wiktionary.org/wiki/%C3%B6l#%C3%B6l_%28Schwedisch%29

Ett gott öl.

    Ein gutes Bier.

Damit die Dioden schwimmen brauchts aber Auftrieb. Nicht jeder Stein 
(SiO2) schwimmt, also Schwimmwesten anlegen!

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Mausklicker schrieb:
> brauchts aber Auftrieb
> [...]
> also Schwimmwesten

Deswegen hatte ich Anfangs den Gedanken, den Dioden
Styroporkügelchen auf die Anschlußdrähte zu stecken.
Da aber die Styroporkügelchen selbst auch Kräfte im
elektrostatischen Feld erfahren und so das Ergebnis,
bezogen auf die Ausrichtung der Diode, verfälscht würde,
denke ich, es ist günstiger, die Diode an einem dünnen
Faden oder an sehr feiner Sehne aufzuhängen.

: Bearbeitet durch User
von Mausklicker (Gast)


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Ingo S. schrieb:
> die Diode an einem dünnen Faden

Jain, die Spinne ist nicht immer Dein Freund°, denn um Torsionen zu 
verhindern brauchts einen sehr sehr dünnen Faden unter der 
Nachweisgrenze für Gravitation.

vlt. kennste den Schulversuch zum Gravitationsnachweis

https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationswaage

Kontrabarische Gravitationsabschirmung ist noch im Versuchsstadium.

von oszi40 (Gast)


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Irgendwie riecht das hier nach einer Hausaufgabe.

Mausklicker schrieb:
> vlt. kennste den Schulversuch zum Gravitationsnachweis

Ähnlich: Für die Note 1 brauchst Du ein Thermometer.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Wenn schwimmend ungünstig ist und
bei einer Aufhängung die Torsionskräfte zu stark wirken,
bleibt nur noch Spitzenlagerung.

von Henrik V. (henrik_v)


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Die Anschlußdrähte vieler Dioden sind magnetisch.
Je nachdem wie und wie lange sie gelagert werden, ist das dann eine 
Kompassnadel :)
Der Effekt ist schön zu sehen, wenn man mit einem Kompass mal seinen 
Heizkörper oder Stahltührrahmen von oben nach unten abfährt. Etwa bei 
der Hälfte orientiert sich die Kompassnadel um.

Spitzenlagerung ... Mit (Zahnarzt) Diamantkopf eine kleine Delle in den 
Glaskörper, Beine etwas V-förmig biegen ...  klingt machbar.

: Bearbeitet durch User
von Qbit (Gast)


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Ingo S. schrieb:
> Spitzenlagerung

GuckstDu suchsDu

"17 Ruby Watch"

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