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AlterMann
Anmeldungsdatum: 05.08.2010
Beiträge: 7
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 AlterMann Verfasst am: 09. Aug 2010 02:09 Titel: Ionenantrieb |
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Hier:
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/14012006122247.shtml
ist ein Ionenantrieb beschrieben.
Das Prinzip ist mir insofern klar, dass Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt werden.
Unklar ist mir allerdings, warum sie durch die Lücken einer Gitterelektrode fliegen, eigentlich müssten sie sich zum Metall hinbewegen, oder?
Unklar ist mir, warum die der Kammer nächste die höchste Spannung besitzt, werden die Ionen nicht zur geringeren Spannung hin abgebremst?
Und warum funktioniert so ein Ionenantrieb nur im Vakuum? Würden die Moleküle der Luft die Ionen einfangen oder bremsen? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 09. Aug 2010 02:32 Titel: |
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Einverstanden, bei einem Ionenantrieb werden Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt.
Für einen Raketenantrieb ist das besonders deshalb interessant, weil man solche Ionen damit auf extrem hohe Geschwindigkeiten beschleunigt bekommt, und die Richtung der so beschleunigten Ionen sehr gut kontrollieren kann.
Du kennst sicher die Versuche, bei deinen man ein geladenes Kügelchen zwischen zwei aufgeladene Kondensatorplatten hängt, und das Kügelchen wird, je nach Vorzeichen seiner Ladung, zu einer der beiden Platten hingezogen.
Genauso hängt es auch bei einem Ionenantrieb einfach von der Ladung (plus oder minus) der Ionen ab, zu welcher der Elektroden (zur negativ bzw. positiv geladenen Elektrode) die Ionen hin beschleunigt werden.
Macht man die Elektroden nun massiv, als eine ganze Platte, so knallt das beschleunigte Teilchen schlicht gegen diese Platte dagegen. Will man die beschleunigten Teilchen aus dem Bereich zwischen den beiden Elektroden herausfliegen lassen, macht man deshalb die Elektrode, hinter der der "Ausgang" sein soll, löchrig, so dass die im elektrischen Feld beschleunigten Ionen da hindurchfliegen können.
Vielleicht kennst Du das am ehesten von Fernsehapparaten, da lässt man die Elektronen ja auch nicht gegen die Anode knallen, sondern macht ein Loch in die Anode, damit der Elektronenstrahl durch die Anode hindurch fliegt und auf den Bildschirm treffen kann.
Und einverstanden, das Vakuum braucht man, damit die beschleunigten Ionen nicht einfach immer wieder gegen Luftmoleküle dagegenknallen und dabei so abgebremst werden, dass sie überhaupt nicht mehr die gewünschte große Geschwindigkeit erreichen. |
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AlterMann
Anmeldungsdatum: 05.08.2010
Beiträge: 7
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| AlterMann Verfasst am: 09. Aug 2010 14:01 Titel: |
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Heisst das, dass bei einer "Siebelektrode" ein gewisser Prozentsatz an Ionen gegen das Gitter knallt und ein Prozentsatz durch die Siebmaschen saust?
Geht das Feld bzw. die Anziehung nicht von den Siebfäden aus ? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 09. Aug 2010 14:06 Titel: |
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Ja, bei einer "Siebelektrode" würde ich mir das so vorstellen.
Wenn man allerdings die Elektrode ringförmig macht und ein Elektronenstrahl gut genug fokussiert wird, dann beschleunigt diese Ringelektrode den Strahl zu sich her, und der ganze Strahl geht durch den Ring hindurch, ohne gegen den Ring zu knallen. Vielleicht wird der Strahl dabei höchstens ein kleines bisschen aufgeweitet, weil die Strahlränder beim Durchfliegen ein bisschen in Richtung Ring nach außen beschleunigt werden. |
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AlterMann
Anmeldungsdatum: 05.08.2010
Beiträge: 7
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| AlterMann Verfasst am: 09. Aug 2010 23:40 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
das Vakuum braucht man, damit die beschleunigten Ionen nicht einfach immer wieder gegen Luftmoleküle dagegenknallen und dabei so abgebremst werden, dass sie überhaupt nicht mehr die gewünschte große Geschwindigkeit erreichen. |
Die Geschwindigkeit müssen sie ja nur bei Verlassen der Apparatur haben, damit der Schub entsteht. Was dann ein paar Zentimeter weiter passiert ist doch egal, oder? Funktioniert das nicht in Luft?
Und wie ist es, wenn Ionen in einer Flüssigkeit in einem elektrischen Feld beschleunigt werden? Wirken sie dann als eine Art Mikropumpe, weil sie sich ja gegen den Widerstand der Wassermoleküle bewegen und so eine Art Bugwelle machen müssten? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 10. Aug 2010 00:03 Titel: |
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| AlterMann hat Folgendes geschrieben: |
Die Geschwindigkeit müssen sie ja nur bei Verlassen der Apparatur haben, damit der Schub entsteht. Was dann ein paar Zentimeter weiter passiert ist doch egal, oder? Funktioniert das nicht in Luft?
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Einverstanden, wenn die Luft nur dahinter ist, dann sollte das mit dem Raketenprinzip funktionieren. Ich stelle es mir nur nicht so ganz ohne vor, zu verhindern, dass die Luft durch die Ionenaustrittsöffnung in den Ionenbeschleunigungsbereich reinkommt. Das könnte durchaus das praktische KO-Kriterium sein, warum man das nicht für einen Betrieb in Luftumgebung bauen kann / baut.
(obendrein braucht man dort, wo Luft ist, also in Erdnähe, sowieso größere Schubkräfte als sie von Ionentriebwerken geliefert werden können.)
| Zitat: |
Und wie ist es, wenn Ionen in einer Flüssigkeit in einem elektrischen Feld beschleunigt werden? Wirken sie dann als eine Art Mikropumpe, weil sie sich ja gegen den Widerstand der Wassermoleküle bewegen und so eine Art Bugwelle machen müssten? |
Gar nicht mal Bugwelle, das wäre ja schon ein Phänomen im großen. Ich würde sagen, das ist eher eine "persönliche Angelegenheit der einzelnen Ionen und Teilchen  ". : In einer Flüssigkeit knallen Ionen ständig gegen irgendwelche Flüssigkeitsteilchen dagegen, so dass sie sich insgesamt gar nicht beschleunigt bewegen, sondern beschleunigt/abgebremst, beschleunigt/abgebremst, ... so dass insgesamt eine mittlere Geschwindigkeit entsteht, die viel, viel langsamer ist als in Vakuum durch Beschleunigung erreichbare Geschwindigkeiten.
Vielleicht kennst du das ganze ja auch von der Stromleitung in Drähten (das sogenannte Drude-Modell): Auch da werden die Elektronen in dem Leitungsdraht immer wieder von dem elektrischen Feld beschleunigt, durch einen Zusammenstoß abgebremst, beschleunigt, abgebremst, u.s.w., so dass man die Elektronenbewegung in so einem Draht mit einer Driftgeschwindigkeit beschreibt, und so eine mittlere Geschwindigkeit ist sogar ziemlich niedrig, zum Beispiel nur ein paar mm/s oder cm/s oder so. |
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