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Tunneleffekt und Energie?
 
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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 10. Sep 2014 00:44    Titel: Tunneleffekt und Energie? Antworten mit Zitat

Nun, ich habe wieder ein Thema in der Quantenmechanik gefunden, dass möglicherweise eine Basis für Energiegewinnung darstellen könnte.

Der Grundgedanke ist entsprechend einfach und nachvollziehbar: man hat 2 neutrale, leitfähige Objekte die durch eine extrem dünne Isolationsschicht (Nanometerbereich) elektrisch getrennt sind. Durch den Tunneleffekt soll es nun möglich sein, dass Elektronen von einem leitfähigen Objekt auf das andere leitfähige Objekt durch die Isolationsschicht springen können. Sobald aber ein Elektron springt, sind die leitfähigen Objekte nicht mehr elektrisch neutral sprich man hat eine elektrische Potentialdifferenz, eine Energie, die vorher nicht da war.

Gibt es Bemühungen, diesen Effekt in nutzbare Energie umzuwandeln?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 10. Sep 2014 01:53    Titel: Antworten mit Zitat

http://de.wikipedia.org/wiki/Josephson-Effekt
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 10. Sep 2014 04:55    Titel: Antworten mit Zitat

wiki hat Folgendes geschrieben:
Ist keine äußere Spannungsquelle angeschlossen, also , wird dieser Josephson-Strom durch Tunneln von Einzelelektronen in Gegenrichtung kompensiert, sodass sich keine Spannung aufbaut.


Wie schnell kompensieren sich die tunnelnden Ladungen? Gibt es einen Zeitraum wo man sagen kann man hat eine Potentialdifferenz zwischen den Supraleitern?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 10. Sep 2014 06:52    Titel: Re: Tunneleffekt und Energie? Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Sobald aber ein Elektron springt, sind die leitfähigen Objekte nicht mehr elektrisch neutral sprich man hat eine elektrische Potentialdifferenz, eine Energie, die vorher nicht da war.

Gibt es Bemühungen, diesen Effekt in nutzbare Energie umzuwandeln?

In einem abgeschlossenen System ist die Energie auch in der QM eine Erhaltungsgröße.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 10. Sep 2014 19:35    Titel: Re: Tunneleffekt und Energie? Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
In einem abgeschlossenen System ist die Energie auch in der QM eine Erhaltungsgröße.


und wieso wird der Sachverhalt ignoriert den ich versuche aufzuzeigen? Ist es nicht erlaubt anzunehmen dass für einen kurzen Zeitraum ein Ladungsunterschied zwischen den zuvor neutralen Objekten besteht? Es geht hier ums Prinzip egal ob der Ladungsunterschied nur für Femtosekunden oder weniger besteht. Hat man bislang einfach keine Möglichkeit gefunden diese extrem kurzen Pulse nutzbar zu machen?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Sep 2014 07:15    Titel: Re: Tunneleffekt und Energie? Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
... hat man bislang einfach keine Möglichkeit gefunden dies ... nutzbar zu machen?

Doch, siehe hier:
jh8979 hat Folgendes geschrieben:
http://de.wikipedia.org/wiki/Josephson-Effekt

Ich bestreite nur, dass man daraus Energie gewinnen kann, denn die Aussage
kelloggs hat Folgendes geschrieben:
... man hat ... eine Energie, die vorher nicht da war.

ist nicht korrekt. Die Energie ist exakt erhalten.

Ich denke, du verwechselst Energieunschärfe mit nicht-Erhaltung der Energie. Im Falle des Tunneleffektes liegen keine Energie-Eigenzustände (des Subsystems) vor, d.h. die Energieunschärfe (des Subsystems) ist tatsächlich ungleich Null:



Dennoch ist die Energie des Gesamtsystems (!) erhalten, d.h.


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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 11. Sep 2014 15:54    Titel: Antworten mit Zitat

Ich weiß jetzt nicht ob du mir mit dieser Aussage zugestimmts oder nicht aber der weiterführende Gedanke würde so aussehen, dass man versucht viele viele viele (Milliarden und noch mehr) dieser Einheiten (leitfähiges Material/Isolator/leitfähiges Material) dynamisch zusammenschaltet, sodass die Energieunschärfeeffekte sich addieren (man schaltet alle leitfähigen Objekte zusammen, die gerade ein Elektron zuviel und alle die gerade ein Elektron zuwenig haben zusammen bis man einen makroskopischen Energielevel erreicht).

Man hat dann möglicherweise für eine Femtosekunde zwischen den leitfähigen, zusammengeschalteten platten +1V und in der nächsten Femtosekunde -1V und das wiederholt sich unendlich oft.

Kann man irgendwie einen Sinn erkennen in dieser Vorstellung (technische Realisierung sei mal dahingestellt)?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Sep 2014 17:17    Titel: Antworten mit Zitat

Man kann natürlich eine makroskopische Unschärfe erreichen, aber dadurch eben keine Energiegewinnung.
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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 11. Sep 2014 19:49    Titel: Antworten mit Zitat

Wie kann man sich das vorstellen? Wieso kann man aus einer "Energieunschärfe" keine Energie gewinnen? Sind die Zeitschritte zu kurz sodass man keine Energie daraus gewinnen kann? Sind die Ladungsträger zu "träge", dass sie keine Bewegung ausführen in einem so kurzen Zeitraum? Würde eine makroskopische Unschärfe nicht eine größere Beschleunigung der Ladungen verursachen sodass sie doch einen effektiven Weg zurücklegen würden der dann als reale Energie klassifiziert werden kann?
index_razor



Anmeldungsdatum: 14.08.2014
Beiträge: 2098

Beitrag index_razor Verfasst am: 11. Sep 2014 22:03    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Wie kann man sich das vorstellen? Wieso kann man aus einer "Energieunschärfe" keine Energie gewinnen?


Wenn du zu zufällig ausgewählten Zeitpunkten deinen Kontostand beobachtest, kannst du aller Wahrscheinlichkeit nach feststellen, daß sich die Beobachtungsergebnisse meßbar unterscheiden: mal sind 1000 Euro mehr drauf (Miete für diesen Monat noch nicht abgebucht), mal weniger. Kannst du aus diesem Umstand jetzt irgendwie Euros gewinnen?

Wenn ja, brauchst du keine Technologie zur kostenlosen Energieerzeugung mehr um reich zu werden.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 11. Sep 2014 23:59    Titel: Antworten mit Zitat

wenn ich zu einem Zeitpunkt beobachte, dass auf einer Seite des Isolators mehr Elektronen sind als auf der anderen dann könnte ich ja "theoretisch" eine Brücke zwischen den leitfähigen Körpern legen sodass sich die Ladung sich ausgleichen kann.

ich habe meine Überlegung kurz visualisiert: http://www.bilder-upload.eu/upload/86a5f8-1410472642.png

Wenn es diesen Tunneleffekt also tatsächlich gibt dann könnte man sich ja fragen in welchen Zeitschritten diese Effekte stattfinden und versuchen innerhalb eines Zeitschrittes die Effekte miteinander zu addieren damit sie einen effektiven Gewinn erzielen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Sep 2014 01:08    Titel: Re: Tunneleffekt und Energie? Antworten mit Zitat

Ich habe alles wesentliche schon gesagt
TomS hat Folgendes geschrieben:
Dennoch ist die Energie des Gesamtsystems (!) erhalten, d.h.


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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 12. Sep 2014 02:29    Titel: Antworten mit Zitat

kann man da vielleicht auch was anderes als 0 schreiben damit man sehen kann, wie es sich zu 0 wegkürzt?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Sep 2014 07:45    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, nicht wirklich.

Man geht davon aus, dass die Lagrangefunktion des Gesamtsystems zeitunabhängig ist; dann folgt mittels des Noethertheorems die Energieerhaltung. Dies überträgt man dann auf die Quantenmechanik; man erhält einen zeitunabhängigen Hamiltonoperator H und damit wieder eine erhaltene Gesamtenergie.

Generell folgt die Zeitentwicklung einer Observablen A aus dem Kommutator



Für H selbst ist das aber trivialerweise Null



Ich kenne keine ernsthafte physikalische Hypothese, die in irgendeiner Form die Energieerhaltung anzweifelt.

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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 12. Sep 2014 09:17    Titel: Antworten mit Zitat

wow... das ist... da fehlen einem die Worte...

wenn ich mir nur einen der genannten, "technischen" Begriffe (Lagrangefunktion, Noethertheorem, Hamiltonoperator) in Wiki ansehe werden 25 weitere "technische" Begriffe in dem Artikel verlinkt...

da kann fällt mir genau eine Beschreibung zu dieser Informationswand ein - Was war zuerst da? Die Henne oder das Ei??

Wo fängt man hier an Messergebnisse in Formeln umzuschreiben?

Ich kann mit diesen Definitionen nichts anfangen aber vielleicht könnte man über Messergebnisse der QM reden und versuchen eine Systematik darin zu erkennen, die man energiegewinnend nutzen könnte...

Was sind Messergebnisse bei diesen Tunneleffekten? Was wäre wenn man eine Anordnung wie in meinem Bild haben würde (leitfähiges Objekt/Isolator/leitfähiges Objekt im Nanometerbereich bei Raumtemperatur) und die Vorrichtung an extrem empfindliche Instrumenten anschließen würde, die in der Lage wären diese extrem geringen Elektronenverschiebungen/-tunnelungen zu registrieren? Würde man dann eine wechselnde Spannungen messen, die eben durch diesen Tunneleffekt hervorgerufen werden würden?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13870

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Sep 2014 09:24    Titel: Antworten mit Zitat

Die QM bietet dir einen begrifflichen Rahmen; Ansätze dazu habe ich im letzten Beitrag genannt.

Für ein abgeschlossenes System bietet dir die QM jedoch keinen begrifflichen Rahmen, um über Verletzung der Energieerhaltung zu reden. Die Energie ist erhalten! Alles andere ist entweder rein experimentelles Suchen im Nebel oder eine neue Theorie, also nicht mehr die QM.

Ich kann dir dazu nicht mehr sagen.

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