Tesla Spulen Spielereien

Lustiger Kanal, über den ich da gerade aus Langeweile stolperte: "ElectroBOOM". Nomen est omen, der Kanadier Mehdi Sadaghdar ist Elektro-Ingenieur, ein leuchtendes (sic) Beispiel für gelungene Migration aus dem Iran und ein Mann mit relativ hoher Schmerztoleranz. Statt aber mit erhobenem Zeigefinger (be)lehrende Videos zu drehen, hält der Kamikaze-Elektroniker denselben statt dessen lieber an seine Tesla-Spule und eruiert so deren schmerzsstiftende Fähigkeiten. Auch sein desaströser Versuch, ein Handy mit einem Dynamo aufzuladen, ist sehenswert. Zumal er bereit ist, dafür auch seine kleine Tochter zu opfern.  Und irgendwie, trotz des ganzen Krawalls, lernt man nebenbei etwas. Das ist wohl auch der Grund, weshalb ihm deutlich über 600.000 Leute auf seinem Karambolagekurs durch die Welt der Elektrizität folgen.

Wer zum Thema Tesla die volle Packung braucht, findet Infos in meinem älteren Posting zu diesem Thema. Und um die Zauberblitze für die Ewigkeit zu konservieren, bieten sich Lichtenberg-Figuren an. Auch dazu habe ich bereits etwas gepostet.

Elektro-Roller

Nun liegt der Sommer zwar in den letzten Zügen, dennoch beschäftigt mich gerade die Frage, wie ich zukünftig von A nach B komme. Bus und Bahn sind in Hamburg scheißteuer geworden, Fahrrad nervt auch manchmal – ohne Anstrengung bei 29° mit 45 km/h durch die Stadt zu sausen wäre mein Ziel. Zumal Strom gar nicht so teuer ist, wie ich dachte: 100 km würden mich mit dem UNU-Roller (s. Bild) 0,85€ kosten, wenn man von 29 Cent pro Kilowatt ausgeht (Akku = 28 Ampere x 51 Volt = 1.479 Watt = 50 km, 100 km = 2.958 Watt oder 2,95 Kilowatt = 2,95 x 29 Cent = 85 Cent)

Zum Vergleich: 5-6 km mit dem HVV kosten mittlerweile 3,10€ und zwar ONE WAY! Und 100 km mit einer Vespa (50ccm, SuperPlus) ungefähr 4,50€. Auch sonst ist der UNU ein ziemlich rundes Gesamtpaket, bei den reinen Scootern scheint der ESC 1000 XL EEC von SXT ähnlich gut ausgerüstet zu sein. Für alle, die so etwas auch interessiert, hier einige Überlegungen und Infos:

Mit Moos was los

Der Feind jedes deutschen Garten-Nazis: Moos. Was der eine durch manisches Vertikutieren und massiven Einsatz von Kalk und Chemie vom Antlitz der Erde tilgen will, hegen und pflegen sympathische Zeitgenossen. Denn er sieht nicht nur gut aus und ist bedroht (54 Arten gelten in Deutschland als ausgestorben, 28 als vom Aussterben bedroht, 104 als stark gefährdet und 203 Arten als gefährdet).  Moose geben offensichtlich auch auch ne prima Batterie her,  wie Fabienne Felder und Dr. Paolo Bombelli von der University of Cambridge mit MOSS FM demonstrieren.

Makey Makey

Genial. Nimmt im Grunde das Drawdio-Prinzip auf und macht daraus ein universelles Touch-Interface, mit dem – vielleicht im Gegensatz zu Arduino oder Raspberry – wirklich jeder und sofort etwas Beeindruckendes auf die Beine stellen kann. Schaut euch mal ein paar Videos an, da werden mit Makey Makey sogar Cloud-Server eingerichtet… Kaufen kann man die Platine hier: shop.epic-stuff.de. Aber natürlich kann man sich das Teil auch selbst bauen (mit einem Arduino und einer Handvoll Bauteilen). Alpesh Vitha zeigt wie.

Tiefziehen

Meines Erachtens eine der cleversten DIY-Lösungen zum Tiefziehen von thermoplastischen Kunststoffen: Die Hitze kommt hier von unten. Mal abgesehen davon, dass Hitze nun mal aufsteigt (und die sonst üblichen Top-Down-Lösungen daher nicht wirklich Sinn machen), lässt sich die erwärmte Folie dann viel leichter verwenden – ab 8:05 sieht man den Vorteil. Bevor der Kunststoff auch nur ansatzweise abkühlen kann, ist er schon auf der Form und verwandelt sich in ein Suspensorium :)

Wer das Wort “Tiefziehen” hier zum ersten Mal liest: So stellt man zum Beispiel 1A-Stormtrooper-Rüstungen her…


Bei kleineren Teilen lohnt es sich auch, das Tiefziehen mit 3D-Druck zu kombinieren. Man bastelt also etwas mit den Tools, die u.a. AutoDesk online gestellt hat, bestellt dann bei Shapeways & Co den Druck, erzeugt daraus eine Silikonform und benutzt die, um Vorlagen für das Tiefziehen zu erzeugen. Auch das demonstriert der Herr von XRobots.co.uk ganz vortrefflich.

3D-Tracking für 30€

Genial: Drei selbstgebaute Flächenkondensatoren registrieren zusammen mit einem Arduino die Position einer Hand im Raum. Der Kondensator ist übrigens keine Erfindung des 20. Jahrhunderts, sondern stammt aus dem 18.: 1745 bekamen Georg von Kleist in Pommern und Pieter von Musschenbroek in Leiden unabhängig voneinander einen gewischt, als sie mit ihrem Laborequipment hantierten. Beide kamen dem Phänomen auf die Spur und es entstand die Leidener Flasche. Ein gläsernes Gefäß, das innen und außen mit einer Metallfolie verkleidet ist. Damit kann man eine Menge Spaß haben: Kondensatoren speichern elektrische Spannung, im Grunde wie eine Batterie, die macht das allerdings auf elektrochemischen Weg und der Kondensator auf elektrostatischem. Dafür kann er seine Ladung auch schnell wieder abgeben, weshalb er zum Beispiel in Blitzlichtern oder Tasern auf besonders dramatische Art Verwendung findet.

Galvanoplastik

Mit zuckenden Froschschenkeln begann es, unser Stromzeitalter. Kaum hatte der italienische Anatom Luigi Galvani 1780 dieses Phänomen – und damit die Galvanische Zelle – zufällig entdeckt, folgten die ersten Anwendungen: Alessandro Volta baute 1800 darauf aufbauend mit der Voltaschen Säule die erste Batterie. Damit führten der englische Chemiker William Nicholson und der deutsche Johann Wilhelm Ritter im gleichen Jahr die ersten Elektrolysen durch (Trennung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff) und fünf Jahre später benutzte sie Luigi Brugnatelli für die erste Galvanisierung.

1837 erfand dann Moritz Hermann von Jacobi die Galvanoplastik und damit eine Möglichkeit zur Massenproduktion von Büsten und Plastiken. Galvanoplastiken werden nicht gegossen, sondern durch Metallablagerungen per Elektrolyse langsam aufgebaut. Wegen der daraus resultierenden geringen Wandstärken sind sie viel günstiger zu produzieren, vergleichsweise leicht, aber dennoch stabil. Außerdem lassen sich so extrem detaillierte Repliken anfertigen – weshalb diese Technik auch heute noch für die Arbeit von Archäologen und Museen unverzichtbar ist (siehe Video).

Hier ein Arbeitsheft der Landesämter für Denkmalpflege (PDF) mit umfassenden Informationen (175 Seiten!) zum Thema Galvanoplastik.

Elektro-Umrechnungsrad

Für den einen oder anderen vielleicht ganz hilfreich: Eine selbstgestrickte Übersicht, die hilft, vier elektrische Grundeinheiten zu ermitteln. Wenn also auf einem Handy-Netzteil “5V” und “0.7A” steht, wisst ihr nun, dass das Smartphone 5 x 0,7 = 3,5 Watt während der Aufladung verbraucht. Und wenn man das weiß, kann man einen Windgenerator bauen, der diese Leistung erzeugt – siehe vorheriges Posting… ;-)

Leistung berechnen

Naturwissenschaft kann so verdammt einfach sein, wenn man mal die ganze Korinthenkackerei weglässt. In den USA weiß man das schon lange, daher sind die meisten einfachen, pragmatischen Anleitungen auf englisch. Wer damit jetzt überfordert ist - hier ein paar, z.T. ergänzende, Infos zum Thema:
Um die Leistung zu berechnen, braucht man für dieses Experiment ein Gewicht, das hochgezogen werden soll. Mit Gramm oder Kilo wird man hier jedoch nichts, für die Berechnung benötigt man die Kraft, die notwendig ist, um das Gewicht zu heben. Die misst man in Newton. Im Video kommt ein Newtonmeter zum Einsatz, das braucht man aber nicht. Viel einfacher ist diese Formel:

Kraft (Newton) = Gewicht (kg) x Erdanziehung (g = 9,81 m/sec²).

10g (0,01 kg) ergeben beispielsweise 0,0981 Newton; für 123g müssen 1,20 Newton aufgewendet werden (123/1000 x 9,81). Anschließend kann die Arbeit in Joule berechnet werden:

Arbeit (Joule) = Kraft (Newton) x Strecke (Meter).

Im Video wird dazu einfach ein Bindfaden mit dem Gewicht aufgespult. Die zurückzulegende Strecke wird vorher gemessen. Im Beispiel sind das 2,5 Meter. Schafft es das Windrad, das Gewicht auf 2,5 Meter hochzuziehen, verrichtet es (mindestens) eine Arbeit von ... Joule. Bei 1,20 Newton und 2,5 Metern also beispielsweise 3 Joule. Nun lässt sich die Leistung in Watt ermitteln:

Leistung (Watt) = Arbeit (Joule) / Zeit (Sekunden).

1 Watt = 1 Joule pro Sekunde; bei 3 Joule und einer Zeit von 9 Sekunden (siehe Video) ergibt das 0,33 Watt. Die Kurzformel, die alle obigen Schritte zusammenfasst:

Leistung = Gewicht x 9,81 x Strecke / Zeit (in unserem Beispiel: 0,123 x 9,81 x 2,5 / 9)

Flink in eine Excel-Tabelle eingefügt, kann man mit den Werten herumspielen und sieht: Um die für ein Handy-Netzteil typischen 3,5 Watt (5 Volt, 0,7 Ampere) zu generieren, müssten zwei Kilo in zirka elf Sekunden auf zwei Meter Höhe gehievt werden.

DIY-Batterie (1)

Ein wunderbares Beispiel das zeigt, wie viel Energie uns umgibt und selbst in etwas Essig und einigen Münzen steckt. Diese Nutzung hat der junge Mann das natürlich nicht erfunden. Das war der Physiker Alessandro Volta, der 1800 mit seinem Vorläufer unserer Batterien, der Voltaschen Säule (PDF), eine der bedeutendsten Erfindungen der Menschheitsgeschichte machte – 20 Jahre nachdem der Anatom Luigi Galvani während eines Experiments bemerkte, dass Froschschenkeln zucken, wenn sie mit Kupfer und Eisen in Berührung kommen.

Galvani erzeugte unwissentlich aus zwei unterschiedlichen Metallen und einem Elektrolyt* („Salzwasser“ im Froschschenkel) einen Stromkreis. Er erkannte die Zusammenhänge nicht, legte aber die Grundlage für die Entwicklung Galvanischer Zellen durch Alessandro Volta. Wichtig fürs Verständnis: Die Elektrochemische Spannungsreihe.

*Elektrolyt = Stoffe, die zumindest teilweise als elektrische geladene Atome/Moleküle (Ionen) vorliegen. Beispiel: Essigsäure (schwaches Elektrolyt) oder gelöstes Kochsalz (starkes Elektrolyt). Die wichtigsten Elektrolyte sind entweder Säuren, Basen oder Salze.

Der Vollständigkeit halber hier noch der Hinweis auf einen anderen Energiespeicher, der bereits 1745 entdeckt wurde: Der Kondensator (in Form der “Leidener Flasche”). Das ist allerdings im Gegensatz zur Batterie ein physischer und kein chemischer Speicher.

Tesla Spule

Wer noch einen super Auftritt für die Fusion sucht, sollte mal über die Konstruktion einer Tesla-Spule nachdenken. Der Effekt wurde bereits in alten Filmen gerne hergenommen: Nicola Tesla entwarf 1931 höchstpersönlich die Apparatur für Frankenstein, ein weiteres sehenswertes Beispiel ist Die Maske des Fu Manchu, 1932 (kompletter Film!) In dieser Galerie kann man die Schönheit dieser  Resonanztransformatoren zur Erzeugung hochfrequenter Wechselspannung  bewundern.

Elektro-Knetmasse

Wenn die Göre nicht bald im Fernsehen ist, weiß ich auch nicht. Sylvia zeigt uns heute, wie man leitfähige Knetmasse herstellt – und erklärt ganz nebenbei und in ihrer unnachahmlichen Art das ohmsche Gesetz und so. Erfunden hat sie die “Squishy Circuits” nicht, diese ziemlich geniale Idee stammt von der University of St. Thomas.

Styroporschneider

Um Schaumstoffe zu schneiden, braucht man eigentlich nicht viel, wie das Video zeigt. Manche nehmen Ladegeräte (Handy, Autobatterie etc) oder Netzteile. Es reichen aber offensichtlich auch zwei Monozellen für eine "Thermosäge" (geiles Wort!) Das war mir neu und deswegen poste ich das hier mal. Was man mit Styropor (eigentlich ja "Polystyrol") anstellen kann, zeigt u.a. die Galerie von www.foamcutter.de.  Eine Super Mario-Skulptur habe ich bereits hier vorgestellt. Im Modellbau ist der Stoff sowieso unverzichtbar. Aber er wird auch beim "Gießen in verlorener Form" verwendet: Das Modell wird von Formsand (oder Gips) umschlossen, dann wird das geschmolzene Metall eingegossen, das Polystyrol verdampft dabei. Mit einem Thermocutter lassen sich auch andere Schaumstoffe zuschneiden - so können aus Isomatten veritable Flip-Flops entstehen! Alles eine Frage der Fantasie. Und der Ampere.

Kondensatoren

Für Laien wie mich ist es dann doch überraschend, wie "alt" Erfindungen wie der Kondensator sind. Er stammt aus keinem Reinraumlabor des zwanzigsten Jahrhunderts, sondern wurde 1745 in Form der "Leidener Flasche" von dem Domdechanten Ewald Jürgen Georg von Kleist in Cammin/Pommern (und ein Jahr später vom Physiker Pieter van Musschenbroek in Leiden) erfunden bzw entdeckt. Die älteste Bauform dieses Speichers elektrischer Energie (bzw. Ladung) besteht aus einem Glasgefäß (Isolator bzw. Dielektrikum), das innen und außen mit Metallfolie belegt ist (Elektroden). Im Gegensatz zur (chemischen) Batterie können auf diesem physikalischen Weg sehr hohe Ladungen gespeichert und blitzschnell wieder abgegeben werden. Blitzlichter oder Taser werden z.B. von starken Kondensatoren gespeist (die vorher von Batterien aufgeladen wurden). Kein Wunder, dass man aus einem Blitzlicht einen Taser machen kann. Oder sogar einen 300V-Handschuhschocker! Versorgt durch eine einzige AA-Batterie! Aber das nur am Rande.

Hier noch ein schönes PDF mit etwas Geschichte der Elektrizität. Die Leidener Flasche (uä Geräte) wurden zunächst zur Demonstration von Stromschlägen („Kleistscher Stoß“) eingesetzt. Erst später als Stromquelle für naturwissenschaftliche Experimente: Benjamin Franklin verband eine Leidener Flasche über einen Draht mit einem Drachen, den er in den Himmel steigen ließ, um die Ladung von Gewitterwolken auf eine Leidener Flasche zu übertragen - u.a. verewigt im Klassiker "Day of the Tentacle":

Um zum Beispiel eine Tesla-Spule - und damit eventuell eine Lichtenberg-Skulptur - herzustellen, braucht man viele Volt und genau die kann man in einem Kondensator speichern. Die Herstellung ist einfach, aber nicht ungefährlich. Auch hier die Warnung, dass solche Experimente nichts für Einsteiger sind! Grundsätzlich reicht aber eine Glasflasche, die mit einer gesättigten Salzlösung gefüllt und mit Alufolie umwickelt wird. Auch eine PET-Flasche funktioniert. Oder man rollt Mülltüten und Alufolien zu einem Wickelkondensator auf. Oder man tränkt über Nacht Bierdeckel in Motoröl um einen Plattenkondensator herzustellen. Wer richtig Wumms braucht, schaltet ein paar Flaschen in Reihe (ein anderes Beispiel).

Zu eurer eigenen Sicherheit solltet ihr euch DIESE Infos aber noch mal gut durchlesen. Alles weitere seht ihr im Video oben, das macht der Collin schon ziemlich gut, allerdings auf englisch. Weitere Einsteiger-Videos von ihm: Der Widerstand, die LED, die Spule... Ach, guckt doch einfach alle an: Die "MAKE presents"-Videos gibt's hier als Playlist.

Lichtenberg Figur

Apropos Tesla-Spule: Bei Teslamania gibt es unter dem Motto "Wreaking Havoc with Electrons for Over 40 Years!" auch Informationen, wie man diese Blitzlichtgewitter für die Ewigkeit konserviert. So etwas nennt sich dann "Lichtenberg Figur" und sieht SO aus:

Auch PopSci hat eine Anleitung zur Herstellung dieser Skulpturen - wem beim Wort "Kilovolt" eine Schweißperle über die Stirn läuft, der kann den Effekt auch mit Hammer und Nagel simulieren. :)

Interaktive Klamotten

Ein Schlagzeug gibts natürlich auch. Oder wie wärs mit einer "Wi-Fi Detector Cap"? Oder einem T-Shirt-Equalizer? All das (und vieles mehr) kann man bei ThinkGeek oder, weniger bekannt, bei 2buysth kaufen. Letztere sind auf Elektrolumineszenz (EL) spezialisiert, haben also keine Musik-Shirts aber dafür welche, die waschbar sind (weil das Display mit Klett befestigt ist) und selbst gestaltet werden können (mit einem Spezialstift).

Kurz zum Hintergrund: EL ist ein Halbleiterphänomen, 1936 zufällig entdeckt von dem Franzosen George Destriau, im Labor der legendären Marie Curie. Durch ein elektrisches Feld werden Elektronen in ein höheres Energieniveau gehoben und rekombinieren im sichtbaren Bereich. Der Aufbau ist relativ simpel: Die "Leuchtschicht" besteht meist aus Zinksulfid, das durch Metalle wie Aluminium, Silber, Kupfer, Gallium oder Mangan dotiert ist. Sie liegt zwischen zwei "Elektroden-Schichten" - wobei die obere (sichtbare) Schicht natürlich transparent sein muss. Dies ermöglicht ein Kunststoff (Polyester) der mit Indiumoxid oder Indiumzinnoxid beschichtet wurde. Die Farbe des emittierten Lichtes wird durch Stärke und Zusammensetzung der Dotation bestimmt.

Alte DIY Magazine II

Ich erwähnte das zwar schon in diesem Posting, aber sicher ist sicher: Neben Google Books ist die Seite von Charlie Shopsin eine echte Fundgrube für Bastler. Die Zeichnungen in diesen alten Magazinen sind wirklich ein Knüller, die Scans hochauflösend. Allein die Anzeigen sind eine Schau. Und was für Themen die damals hatten! Hier mal ein paar Beispiele für, na sagen wir mal, nicht ganz ungefährliche Projekte:

• stunts-with-high-frequency-current
• vacuum-tube-tesla-coil-does-fascinating-stunts
• build-a-diving-helmet-from-a-water-heater
• home-tests-show-strange-nature-of-chlorine
• experimental-arc-furnace-melts-anything
• surprising-tests-with-household-ammonia
• thrilling-stunts-with-a-glass-eating-chemical
• und zum Schluß der Klassiker schlechthin: fun-with-explosive-gases

Echt schön sind auch skurrile Beiträge wie diese:

• build-a-basement-golf-course
• poor-mans-yacht
• home-made-metal-furniture-from-beer-cans (die Dame rechts sieht aus wie Myrna Loy!)
• a-miniature-gas-plant (sicher auch nicht ganz ungefährlich...)
• the-mi-urbasport-tri-magnum-home-built-excitement
• Und wirklich unfassbar grandios: diy-iron-lung

Da stellt sich natürlich schon die Frage: are-workshoppers-wacky? :-)
Wirklich inspirierend sind aber solche Beiträge, die bisweilen auch Hochtechnologie begreifbar machen:

• build-a-rather-bad-salmon-can-fax-machine
• how-to-build-an-electric-organ-for-about-five-dollars
• build-a-fan-motor-television-receiver
• a-wind-driven-battery-charger
• salt-water-powers-radio
• seeing-sound-with-a-home-made-oscillograph
• miniature-motor-made-of-paper-clips
• simple-electromagnet-does-mystifying-stunt
• build-your-own-geiger-gun
• home-experiments
• firefly-chemistry (Stoffe zum Leuchten bringen)
• have-fun-with-a-lie-detector
• the-amateur-electrician-build-a-telephone 
• Und dazu passend: build-your-own-answering-machine

Musik "zeichnen"

Widerstand ist zweckdienlich: "Drawdio" verwandelt jeden Bleistift in einen Synthesizer! Man kann Bausätze kaufen, man kann die Original-Anleitung studieren, oder die von LadyAda. Weniger bekannt dürfte diese Seite aus Holland sein, überhaupt ne dufte Bastler-Seite: workshops:drawdio. Hier werden auch die Hintergründe allerfeinst erläutert und illustriert. Die Breadboard-Variante hat s-Lab (läßt sich eventuell mit Fritzing simulieren?) im Angebot und er hier hat den Materialaufwand drastisch reduziert - wenn man vom angeschlossenen (und selbstgebauten) Cyber-Handschuh mal absieht.

Induktion

Da sieht man mal, was mit der guten alten elektromagnetischen Induktion (1831 von Michael Farady entdeckt) anstellen kann. Zur Erinnerung: 1820 bedient sich der Däne Hans Christian Oersted bei den relativ unbekannten Forschungsarbeiten des Italieners Gian Domenico Romagnosi und gilt seither als Entdecker des Elektromagnetismus: Elektrizität fließt durch einen Draht der um einen Eisenstab gewickelt wurde = Magnet („Strom erzeugt Magnetfeld“). Die ersten Elektromagnete stellte dann der Brite William Sturgeon 1826 her. Landsmann Faraday bemerkte, dass es auch umgekehrt funktioniert: Eine Drahtspule und ein Magnet + Bewegung = Elektrizität („Magnetfeld erzeugt Strom“). Ehemaliges MIT Projekt: WiTricity