Begegnungen mit 50 Hertz

[Gast]

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Ich habe Tage im Keller damit verbracht, etwa hundert Glühbirnen vorzubereiten - die Beleuchtung einzustellen, die perfekte Ausleuchtung zu finden, Drähte zu löten und die richtige Spannung zu finden. Oft ging das Glas nicht so zu Bruch, wie ich es mir vorgestellt hatte. Schon der kleinste Lufthauch konnte die Symmetrie des Rauchs zerstören. Eine einzige Bewegung, und man musste wieder mal 15 Minuten warten, bis sich die Luft im Raum beruhigt hatte. Es bedarf unzähliger Versuche, bis jedes Detail stimmt und das Foto gelingt. Mal ist der Rauch nicht schön, mal ist die Form des gesprungenen Glases nicht kunstvoll geschwungen, immer ist etwas... Auch ja, der Glühfaden brennt auch sofort durch, man hat immer nur einen Versuch und braucht dann eine neue Birne... zum verrückt werden.

Im aufsteigenden Rauch kann man die Netzfrequenz von 50 Hertz erkennen - die hellen und dunklen Muster im Rauch verraten die Schwingungen. Man kann daran fast die Zeit ablesen und messen, wie schnell der Rauch aufsteigt 🙂 

 

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bearbeitet 25. September 2024 von S t e f a n

[RoDo]

Irre gutes Bild!

Wie ist das mit der Stromzuführung ausgeführt? Am Sockel von hinten?

[Gast]

Aus gegebenem Anlass werde ich hier im Forum nicht mehr öffentlich über die Details dieses Fotos sprechen, daher wurde der Beitrag wie alles entstanden ist von mir im nachhinein gelöscht. Es ist immer ein Geben und Nehmen. Es hat nichts mit den hier geposteten Beiträgen zu tun, über diese habe ich mich gefreut.

bearbeitet 27. September 2024 von S t e f a n

[wasabi65]

…zum Glück gibt es bald nur noch Stromsparleuchten und LED…

😎

Spass beiseite, spannend zu lesen.

[RoDo]

vor 7 Stunden schrieb S t e f a n:

Um die Netzfrequenz im Rauch, 50 Hz, einzufrieren, sind ultrakurze Belichtungszeiten notwendig

Hmm, m. E. sehen wir hier keine 50 Hz.

Das Plasma in einer Leuchtstoffröhre flackert mit 100 Hz, weil jede Wechselstrom-Halbwelle eine Anregung hervorruft. Die weiße fluoreszierende Beschichtung ist da schon etwas träge und dämpft die Amplitude. Der glühende Draht wird durch die Phasenanschnittsteuerung des Dimmers zwar auch mit 100 Hz-Impulsen angeregt, ist aber eine thermisch recht träge Angelegenheit und kann diese Impulse nicht in Helligkeitsschwankungen umsetzen. wir haben also kein moduliertes gelbes Licht in der Anordnung.

Der Draht dürfte beim Glühen so 800 °C bis 1000 °C haben (wenn Wolfram ähnlich glüht wie Stahl), was die umgebende Luft aufheizt und eine kräftige Strömung nach oben erzeugt, die auch Partikel des verglühenden Drahts mitreißt, die den Rauch bilden. Zwangsläufig muss von unten kalte Luft nachströmen. Wir haben also einen stark beheizten und vertikal umströmten waagrechten Zylinder vorliegen. Eine solche Anordnung ruft eine Kármánsche Wirbelstraße hervor. Deren Wirbel führen zu Dichteänderungen, die insbesondere im linken der drei Fächer wunderschön zu sehen sind.

Interessant auch, dass die Rauchsäule sich leicht nach links verbiegt. Links ist der Rest des Glaskolbens weitaus größer/höher als auf der rechten Seite und behindert damit das Nachströmen kalter Luft auf der linken Seite. Rechts kann eine größere Menge Luft angesaugt werden und verbiegt damit die aufstelgende Luftsäule.

bearbeitet 27. September 2024 von RoDo

[wasabi65]

vor 3 Minuten schrieb RoDo:

Das Plasma in einer Leuchtstoffröhre flackert mit 100 Hz

Das ist doch eine Glühbirne? Aber beim Rest bin ich bei dir.

[RoDo]

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vor 28 Minuten schrieb wasabi65:

Das ist doch eine Glühbirne? Aber beim Rest bin ich bei dir.

Ist ja richtig, wenn es auch eine wahrscheinlich 100 W Glühlampe war, wegen des dicken Wendeldrahts! Ich wollte nur die 100 Hz erklären.

bearbeitet 27. September 2024 von RoDo

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[Gast]

Um alles physikalisch zu erklären, was da genau passiert, bin ich wohl nicht fit genug. Ich komme ja aus der Fotografenecke 😀 Ich lasse mir das aber gerne erklären, finde das immer spannend neues zu lernen.
Der Glühfaden ist in der Regel nach ein paar Millisekunden und spätestens nach 2 Sekunden rum durch, je nachdem welche Spannung anliegt. (Kontakt zum Sauerstoff).
Ich bin mir nicht sicher, ob das ausreicht, um die Umgebungsluft in Wallung zu bringen. Zeitlich gesehen ist das Foto nach ca. 1 Sekunde fertig. Der Dimmer ist ein alter, der die Restspannung in Wärme umwandelt, nichts gepulstes. Früher waren da noch Halogenlampen dran, heute sind es LEDs .Eigentlich wäre es nicht schlecht diesen Dimmer auszusortieren, aber vielleicht benötige ich in mal wieder 🙂 Wenn man dran dreht erinnert man sich immer wieder an dieses Foto 🙂

bearbeitet 27. September 2024 von S t e f a n

[RoDo]

vor 4 Minuten schrieb S t e f a n:

Ich bin mir nicht sicher, ob das ausreicht, um die Umgebungsluft in Wallung zu bringen.

Ja klar doch, der aufsteigende Rauch ist aufsteigende Heißluft versetzt mit Feinstaub. Sowas geht sehr schnell. Siehe Anzünden eines Streichholzes.

[RoDo]

vor 9 Minuten schrieb S t e f a n:

Der Dimmer ist ein alter, der die Restspannung in Wärme umwandelt, nichts gepulstes.

Jeder Dimmer schneidet die Wechselstromwellen an und erzeugt damit 100 Hz Impulse. An allem anderen würde man sich die Finger verbrennen!

[Gast]

Man merkt, dass ich mich damit nicht so gut auskenne. Der Dimmer ist ungefähr 20 Jahre alt. Früher hieß es immer wenn das Licht damit gedimmt wird spart man keinen Strom es wird nur in Wärme umgewandelt. Die neueren sind gepulst und man verbraucht beim Dimmen nur noch die Energie, die an der Lampe anliegt.
Bei den LEDs mussten wir  darauf achten, dass wir kompatible finden, wegen des alten Dimmers. Es gibt welche, aber nicht so viele.

Anscheinend war ich hier immer auf dem Holzweg?
 

[RoDo]

Am 27.9.2024 um 20:27 schrieb RoDo:

Hmm, m. E. sehen wir hier keine 50 Hz.

Das Plasma in einer Leuchtstoffröhre flackert mit 100 Hz, weil jede Wechselstrom-Halbwelle eine Anregung hervorruft. Die weiße fluoreszierende Beschichtung ist da schon etwas träge und dämpft die Amplitude. Der glühende Draht wird durch die Phasenanschnittsteuerung des Dimmers zwar auch mit 100 Hz-Impulsen angeregt, ist aber eine thermisch recht träge Angelegenheit und kann diese Impulse nicht in Helligkeitsschwankungen umsetzen. wir haben also kein moduliertes gelbes Licht in der Anordnung.

Der Draht dürfte beim Glühen so 800 °C bis 1000 °C haben (wenn Wolfram ähnlich glüht wie Stahl), was die umgebende Luft aufheizt und eine kräftige Strömung nach oben erzeugt, die auch Partikel des verglühenden Drahts mitreißt, die den Rauch bilden. Zwangsläufig muss von unten kalte Luft nachströmen. Wir haben also einen stark beheizten und vertikal umströmten waagrechten Zylinder vorliegen. Eine solche Anordnung ruft eine Kármánsche Wirbelstraße hervor. Deren Wirbel führen zu Dichteänderungen, die insbesondere im linken der drei Fächer wunderschön zu sehen sind.

Interessant auch, dass die Rauchsäule sich leicht nach links verbiegt. Links ist der Rest des Glaskolbens weitaus größer/höher als auf der rechten Seite und behindert damit das Nachströmen kalter Luft auf der linken Seite. Rechts kann eine größere Menge Luft angesaugt werden und verbiegt damit die aufstelgende Luftsäule.

Hmmm, diese Erklärung ist nicht richtig!

Habe ein Institut an meiner alten Hochschule auf des Foto und meine physikalische Erklärung hingewiesen und wurde vom Professor sofort zurück gepfiffen. @wasabi65Keine Wirbelstraße! Aber auch von ihm Bewunderung für das Bild.

Aber wie kommen die sehr gleichmäßigen "Wellen" in den Fächern über dem Glühfaden zu Stande? Ist die thermische Trägheit des Fadens doch nicht so groß?

"Alter forscht" durchgeführt und mit einer einfachen Messanodnung aus Fotodiode und Arbeitswiderstand mit einem Oszilloskop die Spannung gemessen:

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Überraschung: Im Licht einer per Dimmer einstellbaren Stehleuchte mit einer Quarzlampe findet sich doch eine merkbare 100 Hz Modulation. Die Amplituden sind nichtssagend: Bei niedrig betrug der Abstand Lampe - Fotodiode ca. 15 cm, der dann mit steigender Leistung einfach vergrößert wurde, bis die Kurven wieder auf den Bildschirm des Scopes passten. Die thermische Trägheit des Fadens ist also weitaus geringer als angenommen.

Die Erklärung ist also:

Der in der Atmosphäre brennende Glühfaden pufft mit 100 Hz Partikel ab, ich gehe mal von Oxiden aus, die sich in der nach oben gerichteten laminaren Strömung als Zonen höherer Rauchkonzentrationen lange Zeit (oder langer Weg) halten. Man könnte jetzt also die Strömungsgeschwindigkeit bestimmen. Aber als Messverfahren eignet sich diese Anordnung nicht, @S t e f a nf schrieb, das bei seinen zahlreichen Versuchen die Brenndauer der Fadens maximal 2 s betrug.

bearbeitet 30. September 2024 von RoDo