Was ist eine Funkenstrecke?

Eine Funkenstrecke ist eine Lücke zwischen zwei Elektroden, in der ein elektrischer Funke von einer zur anderen springen kann. In der Regel befindet sich zwischen den Elektroden ein Gas, das bei Erreichen einer bestimmten Spannungsschwelle Strom leiten kann, die sogenannte Durchschlagspannung. Diese Spannung bewirkt, dass das Gas ionisiert und seine Leitfähigkeit drastisch erhöht, bis die Spannung abfällt oder sich das Gas ausdehnt und zu viel Raum zwischen den Ionen entsteht. Häufige Anwendungen der Funkenstrecken-Technologie umfassen Leistungsschaltrohre, Spannungsschutzvorrichtungen, Lichtbögen und Zündkerzen für ein Zündsystem.

Bei Funkenbildung ist häufig sichtbares Licht und charakteristisches Geräusch in der Funkenstrecke vorhanden, da die Ionisierung des Gases häufig abrupt erfolgt. Das emittierte Licht wird durch Fluoreszenz in den Elektronen verursacht, die durch vermehrte Kollisionen mit den Gasionen zu hohen Energien angeregt werden. Wenn sie auf ein normales Energieniveau zurückfallen, emittieren sie Photonen, die den Lichtblitz in der Lücke erzeugen. Während diese sensorischen Phänomene im Allgemeinen nicht schädlich sind, können Funkenstrecken manchmal gesundheitliche Bedenken aufwerfen, wenn sie kontinuierliche Lichtbögen bilden, da diese die Luft ionisieren und freie Radikale von Sauerstoff und Stickstoff bilden. Diese Moleküle können in der Nähe befindliche Pflanzen und Tiere schädigen, wenn der Versuch in Innenräumen durchgeführt wird, während bei Versuchen im Freien die giftigen Gase abgeführt werden, wodurch mögliche Gefahren verringert werden.

Viele Öfen, Brenner und Motoren nutzen Funkenstrecken, um sich zu entzünden. Da beim Ionisieren der Luft in dem Spalt ein großer Teil der Wärme erzeugt wird, ist es einfach, die erzeugte Wärme zum Zünden einer Brennstoffquelle zu verwenden. Zündkerzen nutzen dieses Ereignis aus, während Schutzvorrichtungen die Funkenstrecken-Technologie verwenden, um eine Zündung zu vermeiden. Während eines Spannungsstoßes bricht die Funkenstrecke zusammen und verhindert das Durchleiten des Spannungsstoßes. Diese Technologie eignet sich zum Schutz von Elektronik oder Telefonleitungen bei potenziell schädlichen Spannungsspitzen, z. B. Blitzeinschlägen.

Funkenstrecken werden auch zur Bildung einer Jacob-Leiter oder eines elektrischen Lichtbogens verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird zwischen zwei Drähten am Boden eine Funkenstrecke eingebracht, die so gerichtet sind, dass der Funke eine Säule hochführt. Der Funke ionisiert und erwärmt die Luft, sodass sie nach oben steigt und den Strom weiterführt, bis der Durchschlag erreicht ist, an dem die Luft zu heiß geworden ist, um den Strom zu führen. Einmal gebrochen, beginnt der Funken wieder am unteren Ende der Säule.