Welches Material kann ich als Dielektrikum in meinen eigenen Hochspannungskondensatoren verwenden?

Ich brauche Kondensatoren für 50 kV. Sie zu kaufen ist eine Option, aber die mit angemessener Nennspannung, die ich gesehen habe, kosten mehr als 50 €, was viel zu viel ist.

Deshalb möchte ich selbst Caps machen, aber der einfache Alufolie - Plastikfolie - Alufolie Trick wird es nicht tun. Solche Kappen können Spannungen über 5 kV kaum widerstehen. Ich habe vor, bei den Platten auf Aluminium zu bleiben (gute Idee?), aber ich brauche ein viel stärkeres Dielektrikum.

Ich habe von mehreren Materialien gehört, die als Dielektrikum für so hohe Spannungen verwendet werden können:

  • Destilliertes Wasser: Es hat eine Durchschlagsspannung von 65 bis 70 MV/m ( Wikipedia ). Das Problem ist die Bildung von Ionen innerhalb von Mikrosekunden nach dem Anlegen der Spannung, die zu einem sofortigen Zusammenbruch führen. Dies kann verhindert werden, indem das Wasser fließend gehalten und irgendwie deionisiert wird. Das ist jedoch ziemlich kompliziert, da ich eine Pumpe, einen Filter und einen Wasserkreislauf benötigen würde.
  • Wachspapier: Es hat eine Durchschlagsspannung von 40 bis 60 MV/m ( Wikipedia ). Wachspapier ist, soweit ich weiß, im Grunde dasselbe wie Backpapier. Es wäre viel einfacher zu verwenden als Wasser, aber es ist in Dicken von etwa 0,1 mm erhältlich. Geht man von einer Durchschlagsfestigkeit von 40 MV/m (=40 000 V/mm) aus, müsste es mindestens 1 mm dick sein. Ich glaube nicht, dass es ausreicht, es zu falten / mehrere Blätter übereinander zu legen.

Hast du eine Idee, wie ich mein Ziel erreichen kann? Wikipedia listet viele chemische Substanzen mit kryptischen Namen auf, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit haben. Vielleicht ist einer davon leicht zu bekommen/produzieren und kann von einem Amateur wie mir verwendet werden? Hoffentlich ist jemand erfahrener in diesem Thema als ich.

Ich brauche die Kondensatoren für einen Marx-Generator, der von einem Flyback-Transformator angetrieben wird, der ungefähr 50 kV liefert. Kapazität ist nicht so wichtig, aber je höher desto besser.

Spielen Sie mit Hochspannungen mit DIY-Teilen? Was kann hier schon schief gehen...
Teflonplatten kommen mir in den Sinn: möglicherweise kostengünstigere Kunststoffe wie Mylar, Polycarbonat usw. Baumärkte verkaufen Ihnen ein paar Quadratmeter Polycarbonat (mehrere mm dick) für eine angemessene Summe: Schlagen Sie die Durchschlagsfestigkeit und Permittivität selbst nach.
Welche Kapazität benötigen Sie?
Wie hoch soll deine Ausgangsspannung sein? In einem (n N Stufe Marx-Generator, jeder Kondensator wird nur belichtet v Ö u T N Volt.
Menschen, die Tesla-Spulen herstellen, verwenden manchmal Glasplatten. Wenn Sie die erforderliche Kapazität erhalten können und sich Ihre Demonstration nicht viel bewegt, könnte dies für Sie funktionieren.
@JRE Ich weiß nicht, wie hoch der Ausgang sein wird, aber der Eingang beträgt 50 kV, also muss jede Kappe dem standhalten. Kapazität ist nicht so wichtig, aber je höher desto besser. Ich habe diese Informationen auch zu meiner Frage hinzugefügt.
Es kann billiger sein, mit einer niedrigeren Spannung zu beginnen und mehr Stufen zu verwenden. Wenn Sie bei 15 kV beginnen, finde ich 2 nF, 15 kV Keramik bei Digikey für jeweils ein paar Dollar. Sie brauchen 3 mal so viele, um die gleiche Spannung wie ab 50 kV zu erhalten, aber es kostet 1/3 so viel, die Teile zu kaufen.
Die Ausgangsspannung ist die Anzahl der Stufen mal der Eingangsspannung (abzüglich Verluste). Wie viele Stufen (Kondensatoren und Funkenstrecken) wollten Sie verwenden?
@JRE Ich habe den Marx Generator noch nicht geplant. Ich suche erstmal nach den richtigen Kondensatoren, ich bin davon ausgegangen, dass es genug davon geben wird, egal ob ich sie baue oder kaufe.
Sie müssen Dinge planen. Es kann viel billiger sein, eine niedrigere Startspannung und mehr Stufen zu verwenden, da Teile mit niedrigerer Nennspannung drastisch billiger sind.
Was willst du mit dem Hochspannungsausgang machen? Das sagt Ihnen, welche Spannung Sie erreichen müssen.
@JRE Ich habe gehört, dass sie für Laser verwendet werden können, aber ich denke, ich wäre besser dran, das nicht zu tun. Im Moment habe ich nicht vor, etwas damit zu tun. Ich schätze, ich mache das, weil mir die Idee von künstlichen Blitzen aufgefallen ist.
Es braucht etwa 30 kV pro Zentimeter Funken. Ihre 50 kV werfen bereits einen Funken von etwa 1,6 cm (2/3 Zoll). Wie lang sollten diese Funken sein?
@JRE Ich weiß nicht, ob es Grenzen für Marx-Generatoren gibt, aber sagen wir, ich verwende 6 Kappen (oder Kondensatoranordnungen). Das wären 300 kV. Das sind 18 (oder 24, nur um sicherzugehen) der schwächeren Kappen, richtig?
Wachspapier ist nicht Backpapier ... Backpapier ist Pergamentpapier

Antworten (2)

Sie haben vergessen zu erwähnen, wie viel Kapazität Sie benötigen. Sehen Sie, dieses Aluminiumlineal auf meinem Schreibtisch und die Stahltafel in 2 m Entfernung ergeben einen hervorragend sicheren 50-kV-Kondensator. Es hat nur eine sehr geringe Kapazität. Vielleicht solltest du dir das mal überlegen :)


Ich sehe nicht, wie der Pumpenansatz Sie auch nur in die Nähe der Billigkeit von zwei 50-kV-Kondensatoren bringen würde (die Situation ist nicht ganz so schlimm, aber 30 € sind immer noch Geld). Das hört sich auch so an, als würden Sie das schwierige Problem hier vernachlässigen (Wasser deionisieren und sicherstellen, dass durch die gesamte Leitung keine Ionen eingeführt werden) und sich auf die einfachen Dinge konzentrieren (Pumpen von Wasser).

Wachspapier ist, soweit ich weiß, im Grunde dasselbe wie Backpapier.

Wenn das der Fall wäre, würden Ihre Kekse nach Kerze schmecken und am Papier kleben bleiben.

Es ist nicht; Wachspapier ist hauptsächlich eine Schicht aus Paraffin (oder einer anderen Form von synthetischem Wachs mit geringem Wassergehalt, aber Paraffin ist wirklich die erste Wahl), die zur Stabilität auf einen Papierkern aufgetragen wird.

Sie können das wahrscheinlich kaufen oder selbst machen, aber Sie würden ehrlich gesagt sehr sauber, sehr trocken und sehr gleichmäßig arbeiten wollen, damit Sie keinen Punkt in Ihrem Stück Wachspapier bekommen, der Potenzial für eine Panne hat, Da ein Blitz durch eine Mischung aus Wachs, einem Papierdocht und Hochspannung schießt, ist dies wahrscheinlich eine sehr gute Methode, um ein Feuer zu entfachen, das sehr schnell viel dicken Rauch erzeugt.

Sie könnten dies zumindest angehen, indem Sie Ihre Wachsdicke stark überdimensionieren, aber das würde die Kapazität Ihres Kondensators verringern (das ist im Grunde umgekehrt proportional zur Dicke des Dielektrikums).

Denken Sie auch daran, dass Sie mit all dem Aufwand, den Sie in die präzise Herstellung der Dinge stecken, und allen Werkzeugen und Materialien, die Sie für diesen einmaligen Aufwand benötigen, immer noch versuchen, unter ~ 100 € zu gehen. Ich denke, Sie werden feststellen, dass dies ein praktisches Problem ist, wenn Sie sich wirklich hinsetzen, um eine grobe Kostenkalkulation durchzuführen.

Hast du eine Idee, wie ich mein Ziel erreichen kann?

Ja:

Wikipedia listet viele chemische Substanzen mit kryptischen Namen auf, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit haben.

Untersuchen Sie diese!

Ehrlich gesagt ist Wachspapier wahrscheinlich ein guter Ausgangspunkt: Wenn Sie einen perfekt luftspalt- und blasenfreien Weg finden, einen mit Wachs überfluteten (dh mit Paraffin überfluteten) Kondensator zu konstruieren, kommen Sie vielleicht um die Anschaffung oder Herstellung eines eigenen Kondensators herum Wachspapier.

Den Wasserkondensator habe ich nur der Vollständigkeit halber erwähnt, das hatte ich eigentlich nie vor. Andererseits könnte man ein solches System einrichten und gleichzeitig mehrere Caps darin haben. Das könnte insgesamt billiger sein, aber ich werde es nicht versuchen. Danke, dass Sie meinen Glauben an gewachstes Papier korrigiert haben. Englisch ist nicht meine Muttersprache und die Übersetzer gaben mir mehrere verschiedene Übersetzungen. Ich werde mir die verschiedenen gewachsten Papiere da draußen ansehen. Danke @MarcusMüller
ein "x" in Wachs ;) Ehrlich gesagt glaube ich nicht, dass die Sache mit dem Wasser auch nur annähernd realisierbar für dich ist.
Du hast vermutlich recht. Es klang einfach extrem cool, diese Schaltung in meinem Zimmer herumstehen zu haben, mit ständig schwimmendem Wasser und plötzlichen Blitzen zwischen den Kappen, wenn der Marx-Generator feuert.
Sie müssen wirklich noch eine Mindestkapazität definieren . Wie mein erstes Beispiel zeigt, ist Ihre Aussage "Kapazität spielt keine Rolle" falsch und funktioniert nicht. Berechnen Sie also grob, wie viel Kapazität Sie benötigen, und fügen Sie diese Zahl Ihrer Frage hinzu.
Ist 1000pF eine realistische Zahl? @MarcusMüller
Ja, aber bei diesen Nennspannungen ist es ein ziemlich großer (und daher teurer) Kondensator. Berechnen Sie die gespeicherte Energie, wenn Sie diese auf sagen wir 25 kV aufladen! Wie hast du diese Kapazität berechnet?
Das sind 0,3125 J, wenn ich mich nicht irre. Ich habe diese Kapazität nicht berechnet. Ich habe 10 kV 2500 pF-Kappen (für meinen ersten Marx-Generator) herumliegen, also dachte ich, ein bisschen niedriger sollte ausreichen. @MarcusMüller
Nur eine kurze Rechnung: 1 m ^ 2 1 mm Polystyrol sollte etwa 22 nF ergeben. Oder: 1 Blatt 10mil Mylar sollte etwa 6 nF ergeben. en.wikipedia.org/wiki/Capacitance#Capacitors
@frr Denken Sie daran: 1 mm Polystyrol hält 50 kV stand (es hält ~ 20 kV stand, mit viel Optimismus), und 10 µm Mylar haben eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 6 kV. Beides würde hier also nicht funktionieren!
@Marcus Müller: Danke für den Kommentar. Sicher - ich habe es dem Originalplakat überlassen, einige Daten zur Durchschlagsfestigkeit zu finden, und ich habe mit der grundlegenden Kondensatorformel verknüpft: Permittivität * (A / d). Und in dem PDF auf Mylar, das ich in meiner Antwort verlinkt habe, finden Sie eine Notiz und ein Diagramm, in dem die unglückliche Tatsache aufgeführt ist, dass die nominelle volumetrische Durchschlagsfestigkeit mit zunehmender Dicke der dielektrischen Schicht allmählich abnimmt :-( es ist also kein einfache lineare Proportion. Sie verlieren mehr an Kapazität, als Sie an Isolationskraft gewinnen ...

Das Ende des Spaßes mit statischer Elektrizität kommt genau dort, wo Sie anfangen, Kondensatoren zu sprechen :-( Weil E = 1/2 * CU ^ 2, und weil Ihnen der Strom wehtut, und I = U / R.

Vor Jahren habe ich einen einfachen Van-de-Graaf-Generator für statische Elektrizität gebaut: nur ein Stück 160-mm-PVC-Abwasserrohr (ca. 200 mm lang), mit einer Kurbel auf einer Welle montiert, ein Stück Kunstfell, um die Oberfläche aufzuladen und eine improvisierte weiche Kupferbürste als Sammler. Und ich benutzte das, um ein kleines Leyden-Glas aufzuladen, das aus dem Plastik-"Eimer" gemacht war, der verwendet wurde, um einen "Kuchen" von CDR-Medien aufzunehmen (100 Stück, schätze ich - etwa 15 cm tief). Die Wand ist etwa einen halben Millimeter dick, und das Material ist wahrscheinlich Polyethylen.

Der Punkt war dann, versehentliche statische Entladungen in einige freigelegte geerdete Punkte auf einem fahrzeugmontierten PC zu simulieren, der an uns zurückgesendet wurde, mit einer Problembeschreibung, dass er beim Einstecken eines USB-Dongles anfällig für statische Aufladung ist ...

Wenn die Luft trocken war, konnte die Kombination aus Generator und Leyden-Glas einen Lichtbogen von vielleicht 3-4 mm erzeugen, hat uns geholfen, das Problem zu reproduzieren und Gegenmaßnahmen zu ergreifen, und hat mir eine Lektion erteilt, als ich versehentlich den stromführenden Pol des Glases berührte: es gab mir einen ziemlichen Schock, obwohl ich die Kurbel (seit der letzten Entladung des Glases) kaum bewegt hatte, die Alufolie "Ladeanzeige" vollkommen schlaff war und es keinen Funken gab, als ich den Sweet Spot berührte. Was mich mehr erschütterte, war das Entsetzen, als ich daran dachte, wie es sich anfühlen würde, wenn ich das voll aufgeladene Glas berühren würde. Wo ich lebe, braucht man ein ziemlich hohes Maß an Ausbildung (und harte Prüfungen), um legal mit Hochspannung arbeiten zu dürfen.

Apropos Materialien, ich erinnere mich, dass Mylar- Blätter im A4-Format früher als Xerox-Folien verkauft wurden. Sie sind wahrscheinlich nicht gerade billig, es sei denn, Sie finden irgendwo einen unbenutzten und vergessenen Stapel (da wir heutzutage digitale Projektoren verwenden. Mylar-Folien sind so aus dem letzten Jahrhundert.) Sehr ähnlich zu den Xerox-Folien, nur billiger, sind Büroeinbände- auch ziemlich zäher, glänzender, durchsichtiger Kunststoff (Vinyl/PVC/Polyester), in der einfachsten Form nur eine 100er-Packung mit 8-10 mil A4-Blättern (10 mil = 0,25 mm). Die Einbanddeckel sind nicht hitzebeständig - früher war es ein beliebter Fehler, einen Einbanddeckel in einen Xerox- oder Laserdrucker zu legen :-) Vermeiden Sie vielleicht Materialien, die nominell antistatisch sind. Zu Hause haben wir einige "Arbeitsplatzunterlagen" aus Kunststoff, etwas größer als A4, etwa 0,3 mm dick. Die Pads bestehen offenbar aus Nylon oder einem ähnlich widerstandsfähigen Material (wahrscheinlich aber nicht aus Teflon). Die waren wohl nicht ganz billig...allgemein in Geschäften für Papier, Büro- und Schulbedarf etc., ich erinnere mich an diverse Mappen und Schulhilfen aus Plastikfolie.

Wenn Sie nach Dicken von 1 mm oder mehr suchen, habe ich Platten aus verschiedenen Kunststoffmaterialien gesehen, die hier in Bastelgeschäften und "Materialien für Handwerker" -Läden verkauft werden: Polyethylen, Polypropylen, Acrylglas, Polycarbonat, Polystyrolglas. Kunststoffplatten werden auch für die Werbetechnik / Werbeproduktion verwendet. Ich erinnere mich, dass ich bei einem solchen Lieferanten eine etwa 1 x 2 m große Platte aus weißem "gehärtetem Polystyrol" (wahrscheinlich AKA "hochschlagfestes Polystyrol") gekauft habe.

Einige der Plattenmaterialien sind in Schwarz oder anderen Volltonfarben erhältlich - insbesondere bei der schwarzen Variante hätte ich Angst, dass das Pigment leitfähig ist (Kohlenstoff). Entscheiden Sie sich für Ihren Zweck für die „natürliche“ Variante (kein Pigment = die Blätter sind oft klar oder weiß oder nur leicht verschmutzt).

Oder Sie könnten natürlich einen Stapel Flachglas verwenden :-)