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Die erstaunliche Verwendung elektrischer Funken: Warum können sie Automotoren zünden und Radiosignale übertragen?
Ein Funke ist eine plötzliche elektrische Entladung, die auftritt, wenn ein starkes elektrisches Feld einen geladenen Pfad durch ein normalerweise isolierendes Medium wie Luft oder ein anderes Gas erzeugt. Dieses Phänomen wurde von Michael Faraday als „der schöne Lichtblitz, der die normale elektrische Entladung begleitet“ beschrieben. Aufgrund dieser schnellen Zustandsänderung gibt der Funke kurzzeitig Licht ab, was von einem scharfen Knallgeräusch begleitet wird.
Funken entstehen, wenn das angelegte elektrische Feld die dielektrische Durchdringungsstärke des Mediums überschreitet. Für Luft auf Meereshöhe beträgt die Bruchfestigkeit etwa 30 kV/cm.
Die Geschichte der elektrischen Funken lässt sich bis ins 17. Jahrhundert zurückverfolgen, als Leibniz entdeckte, dass Funken mit elektrischen Phänomenen zusammenhängen. Im Laufe der Zeit haben viele Wissenschaftler Experimente durchgeführt und den Grundstein für verschiedene Anwendungen dieses Phänomens gelegt. Im Jahr 1752 gelang es Benjamin Franklin in seinem berühmten Drachenexperiment, Funken aus Wolken zu extrahieren und damit den Zusammenhang zwischen Blitzen und Elektrizität erneut zu beweisen.
Verwendung von elektrischen Funken
Wozu also dienen elektrische Funken? Erstens sind sie ein wichtiger Bestandteil der Zündkerzen von Benzin-Verbrennungsmotoren. Die elektrische Entladung im Inneren der Zündkerze entzündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch und bringt den Motor zum Laufen. Funken werden auch in Flammenanzündern einiger Herde und Gasöfen verwendet und ersetzen die herkömmliche kleine Flamme. Diese Flammenanzünder verfügen außerdem über eine Sicherheitsfunktion, die die elektrische Leitfähigkeit der Flamme erkennt und so gewährleistet, dass sie bei Erlöschen der Flamme erneut gezündet werden können.
Auch im Funkverkehr spielen elektrische Funken eine wichtige Rolle. Funkenstreckensender erzeugen durch elektrische Funken elektromagnetische Strahlung im Radiofrequenzbereich, die für die drahtlose Kommunikation genutzt werden kann.
Neben dem Transport- und Haushaltsgerätebereich wird EDM auch häufig im Bereich der Metallverarbeitung eingesetzt. Beim elektrischen Entladungsbearbeiten (EDM), auch als Funkenbearbeiten bekannt, wird Material mithilfe von Funkenentladungen vom Werkstück entfernt. Beim Funkenplasmasintern (SPS) handelt es sich um eine Sintertechnologie, bei der gepulster Gleichstrom durch leitfähige Pulver geleitet wird. Dies ist viel schneller als das herkömmliche Heißstatische Pressen.
Chemische Analyse und Sicherheitsrisiken
Bei der chemischen Analyse können elektrische Funken starkes Licht aussenden, was bei der Funkenemissionsspektroskopie genutzt wird. Darüber hinaus ist die laserinduzierte Disruptionsspektroskopie (LIBS) eine Technik, bei der hochenergetische gepulste Laser verwendet werden, um Atome in einer Probe anzuregen.
Obwohl EDMs viele nützliche Anwendungsgebiete haben, sind sie auch mit einigen Risiken verbunden. Elektrische Funken können einen Brand auslösen, insbesondere in der Nähe von brennbaren Materialien oder Gasen.
Beispielsweise kann selbst ein kleiner Funke brennbare Dämpfe entzünden und selbst das Anzünden einer Lampe oder eines anderen Stromkreises kann statische Entladungen erzeugen, die ernsthafte Sicherheitsprobleme verursachen können. Bei Kontakt mit elektrischem Strom können Hochspannungsfunken schwere Verbrennungen am menschlichen Körper verursachen und sogar innere Organe wie das Herz schädigen.
Zukunftsaussichten
Mit dem technologischen Fortschritt wird sich der Anwendungsbereich von EDM zweifellos weiter erweitern und mehr Innovationen und Herausforderungen mit sich bringen. Zukünftige Forschungen könnten seine Anwendung in der Entwicklung neuer Materialien und in der Umweltschutztechnologie weiter erforschen. Elektrische Funken sind nicht nur ein wissenschaftliches Phänomen, sie spielen auch in unserem täglichen Leben eine unverzichtbare Rolle. Sind wir uns jedoch trotz der Annehmlichkeiten, die die Verwendung elektrischer Funken mit sich bringt, der potenziellen Gefahren voll bewusst?
