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Jakobsleiter (Elektrizität)

Jakobsleiter mit gestartetem Lichtbogen

Lichtbogen nach ca. 0,5 s

Lichtbogen nach ca. 1 s

Die Jakobsleiter ist ein physikalisches Schauexperiment, bei welchem sich eine elektrische Entladung (Lichtbogen) entlang hornförmiger Elektroden aufgrund des Auftriebes und magnetischer Kräfte bewegt.

Ursache der Bewegung

Der Lichtbogen einer Jakobsleiter bewegt sich nach oben:

• weil der durch die Erhitzung der Luft entstehende Aufwind ihn nach oben zieht
• weil magnetische Kräfte bestrebt sind, die Fläche aus Lichtbogen und Elektroden zu vergrößern

Die gleichen magnetischen Kräfte führen auch bei Hornableitern von Schaltern (Schütze, Leitungsschutzschalter, Lasttrennschalter) und Überspannungsableitern zum Bewegen und zur Verlängerung des Lichtbogens bzw. Schaltlichtbogens.

Typische Parameter

Nebenstehende Anordnung wird aus einer strombegrenzten Wechselspannungsquelle mit einer Leerlaufspannung von 5 Kilovolt gespeist.
Der Strom der Entladung beträgt nur etwa 0,1 Ampere.
Nach Zünden des Bogens sinkt die Spannung auf einige 100 Volt ab.

Die Elektroden bleiben dabei relativ kalt; sie müssen glatt sein, sodass sich keine „hot spots“ bilden, an denen der Lichbogen aufgrund von Glühemission verharrt.

Zur Speisung dient bei nebenstehenden Bildern ein Streufeldtransformator, der eigentlich als Vorschaltgerät für Leuchtröhren vorgesehen ist. Er ist daher kurzschlussfest.

Das Experiment ist aufgrund der freiliegenden hohen erforderlichen Spannungen gefährlich.

Der Lichtbogen zündet immer dann unten neu, wenn er oben abreißt und in der Folge die Spannung soweit ansteigt, dass an den unten nahe beieinander liegenden Elektroden ein elektrischer Überschlag stattfindet.

Die Elektroden sind ca. 300 mm lang, größere Längen sind jedoch möglich.