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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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 kelloggs Verfasst am: 14. Okt 2014 23:34 Titel: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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Hallo,
ich möchte kurz ein Konzept vortragen, dass ich durch einfache Überlegungen zusammengetragen habe.
Der elektrische Widerstand von Metallleitern entsteht ja durch die Stöße der Elektronen mit den Atomen des Leiters wodurch Wärme entsteht.
Man stelle sich nun einen hohlen Torus vor der nur mit Ladungen desselben Typs gefüllt wird - z.b. ein Ventil, dass gleichzeitig eine Hochspannungselektrode darstellt, strömt Gas in den Innenraum des Torus. Beim Hineinströmen werden die Gasmoleküle ionisiert. Gleichzeitig sind die Wände des Torus isolierend sprich die Gasmoleküle können ihre Ladung nicht ausgleichen und bleiben im abgeschlossenen Torus immer geladen/ionisiert. Der Torus wird zu meinem Stromkreis der nur mit einer Sorte Ladungen gefüllt ist sodass es zu keinen Kollisionen kommt wenn eine Bewegung der Ladungen durch ein elektrisches Feld entsteht.
so ein Vorrichtung wäre im Prinzip nur für primitive Aufgaben gedacht da man natürlich keine ausgefallenene, elektrischen Schaltungen damit bauen kann. Ich denke da an Energietransport/Umwandlung - z.b. man formt den Torus in ein System aus Spulen und Leitungen, die in Generatoren/Transformatoren eingebaut werden können.
Ich frage mich allerdings wie man in einem sehr langen Strom-/Toruskreis das elektrische Feld aufrechthalten kann. Ein Metallleiter hält ja ein von außen (durch ändernde Magnetfelder) induziertes, elektrische Feld regelrecht gefangen in seinem Inneren. Wie man das auf den mit ionisiertem Gas gefüllten Torus übertragen kann ist noch komplett offen. Vielleicht hat einer von euch eine Idee dazu.
Grundsätzliche Kommentare zu dem Thema sind natürlich auch erwünscht. Mir sind alle Kommentare recht solange sie mit einfachen, nachvollziehbaren Erklärungen untermauert sind.
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asasasasas
Gast
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| asasasasas Verfasst am: 14. Okt 2014 23:43 Titel: Re: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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| kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | Der elektrische Widerstand von Metallleitern entsteht ja durch die Stöße der Elektronen mit den Atomen des Leiters wodurch Wärme entsteht. |
Hi, nein, das stimmt nicht.
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 15. Okt 2014 08:38 Titel: Re: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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| asasasasas hat Folgendes geschrieben: | | kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | Der elektrische Widerstand von Metallleitern entsteht ja durch die Stöße der Elektronen mit den Atomen des Leiters wodurch Wärme entsteht. |
Hi, nein, das stimmt nicht. |
naja, so ganz falsch ist das aber wiederum auch nicht...
Ionisierte Gase sind Plasmen. Es gibt seit den 50-er Jahren Vorschläge, wie Plasmen in einem torusförmigen "Gefäß" eingefangen werden können. Stichworte:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tokamak
http://de.wikipedia.org/wiki/Stellarator
Der Begriff "Supraleitung" hat hier übrigens nichts verloren.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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bassiks
Anmeldungsdatum: 11.08.2010
Beiträge: 194
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| bassiks Verfasst am: 15. Okt 2014 08:46 Titel: |
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Ein Plasma ist dadurch definiert dass es auf genügend großen Skalen betrachtet elektrisch neutral ist. So wie ich den Vorschlag verstehe bleibt das Gas von außen betrachtet geladen.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 15. Okt 2014 10:13 Titel: |
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richtig, ein Torus, der "nur" mit positiven oder negativen Gasionen gefüllt ist.
Wenn das Gas positive und negative Gasionen beinhalten würde dann würde es wieder zu unkontrollierten Kollisionen bei vorhandensein eines elektrischen Feldes kommen weil sich positive und negative Gasionen in entgegengesetzer Richtung bewegen (bzw. die positiven und negativen Gasionen würden sich auch zu neutralen Gasatomen wieder zurückwandeln und Hindernisse für die bewegten Gasionen darstellen).
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asasasasas
Gast
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| asasasasas Verfasst am: 15. Okt 2014 13:20 Titel: Re: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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| schnudl hat Folgendes geschrieben: |
naja, so ganz falsch ist das aber wiederum auch nicht... |
und ob das falsch ist...
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 15. Okt 2014 13:34 Titel: Re: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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| asasasasas hat Folgendes geschrieben: | | Hi, nein, das stimmt nicht. |
| asasasasas hat Folgendes geschrieben: | | schnudl hat Folgendes geschrieben: |
naja, so ganz falsch ist das aber wiederum auch nicht... |
und ob das falsch ist... |
->
| kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | Mir sind alle Kommentare recht solange sie mit einfachen, nachvollziehbaren Erklärungen untermauert sind. |
Wie wärs mit zuerst lesen und dann schreiben?
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 15. Okt 2014 15:22 Titel: Re: Konzept für Supraleitung mit ionisiertem Gas |
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| asasasasas hat Folgendes geschrieben: | | schnudl hat Folgendes geschrieben: |
naja, so ganz falsch ist das aber wiederum auch nicht... |
und ob das falsch ist... |
@asasasasas: könntest du bitte so nett sein und konstruktive, nachvollziehbare Kommentare abgeben. Danke.
_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 16. Okt 2014 21:02 Titel: |
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Ich habe noch eine Frage:
Durch das Einsperren eines Gases in ein Behältnis hat man ja nicht nur einen durch die thermische Bewegung der Gasatome gegebenen Gasdruck sondern in diesem Fall auch einen zusätzlichen Krafteinfluss durch die elektrische Ladung der Gasionen. Ich kann mir vorstellen, dass wenn man die gleichgeladenen Gasionen statt in einem Torus in einer Hohlkugel einsperrt, dass sämtliche Gasionen sich an der Innenseite der Kugel ansammeln werden anstatt frei herumzuschweben.
Was bedeutet das für die "Temperatur" des Gases, dass ja aus der thermischen Bewegung der Gasatome resultiert? Bedeutet das, dass eingesperrtes, ionisiertes Gas (alle Gasatome haben die gleiche Ladung) "kälter" ist als eingesperrtes, neutrales Gas?
Oder ist es genau umgekehrt, dass die Gasatome sich jetzt noch heftiger bewegen als vorher?
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Ich
Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching
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| Ich Verfasst am: 17. Okt 2014 08:57 Titel: |
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Was du da bauen willst ist ziemlich genau das, was man im LHC hat. Im Kreis fliegenden Ladungen geben Synchrotostrahlung ab und verlieren dadurch richtig Energie. Deswegen baut man auch Linearbeschleuniger, obwohl die vom Prinzip her einem Ringbeschleuniger deutlich unterlegen sind, weil sie die Ladungen nur einmal beschleunigen können.
Mal ganz abgesehen vom technischen und energetischen Aufwand, eine signifikante Menge gleicher Ladungen beisammen zu halten, ist dieser Stromtransport also auch nicht verlustfrei.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 17. Okt 2014 13:34 Titel: |
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hmm, so betrachtet hat man in der Tat eine Ähnlichkeit mit einem Teilchenbeschleuniger aber bei weitem nicht so komplex. Das ionisierte Gas wird "nur" vom isolierenden Torus gehalten. Wie man genau eine Bewegung in das ionisierte Gas bringen kann ist noch Gegenstand meiner Frage im ersten Post.
| Zitat: | | Ein Metallleiter hält ja ein von außen (durch ändernde Magnetfelder) induziertes, elektrische Feld regelrecht gefangen in seinem Inneren. Wie man das auf den mit ionisiertem Gas gefüllten Torus übertragen kann ist noch komplett offen. Vielleicht hat einer von euch eine Idee dazu. |
Was jetzt aber noch mehr Probleme bereitet ist das Argument mit Synchrotronstrahlung bzw. Bremsstrahlung im weiteren Sinne.
Wiki:
| Zitat: | | Bremsstrahlung ist die elektromagnetische Strahlung, die entsteht, wenn ein geladenes Teilchen, zum Beispiel ein Elektron, beschleunigt wird. Jede Geschwindigkeitsänderung eines geladenen Teilchens erzeugt Strahlung. Von Bremsstrahlung im engeren Sinne spricht man, wenn Teilchen in Materie gebremst werden. |
| Zitat: | | Als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung, die tangential zur Bewegungsrichtung geladener Teilchen abgestrahlt wird, wenn diese sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegen und aus einer geraden Bahn abgelenkt werden. Da die Ablenkung im physikalischen Sinne eine Beschleunigung (Änderung des Geschwindigkeitsvektors) darstellt, handelt es sich um eine besondere Form der Bremsstrahlung. |
Zusammenfassung: eine Geschwindigkeitsänderung eines geladenen Teilchens erzeugt unweigerlich eine Bremsstrahlung.
Was mich gerade verblüfft ist die Aussage, dass eine "Ablenkung" eine Geschwindigkeitsänderung hervorruft. Eine Ablenkung bedeutet für mich sowas wie eine Richtungsänderung. Kann man nicht einfach eine Richtungsänderung durchführen ohne das sich die Geschwindigkeit des Teilchens ändert? Ist Ablenkung und Richtungsänderung dasselbe? Wie können dann aber Ladungen in einem "klassischen" Supraleiter "im Kreis" fließen/die Richtung entsprechend dem Supraleiterkabel ändern ohne eine Bremsstrahlung abzugeben?
Nun, da Supraleitung ja tatsächlich existiert muss es soetwas wie "Richtungsänderung der Ladungen ohne Geschwindigkeitsänderung des Teilchens" geben. Ein weiterer Faktor, der in meiner ersten Frage zu berücksichtigen wäre.
Wenn man sich das kurz grafisch vorstellt, wie die Ladungen im Torus verteilt sind, dann müsste es wie im Anhang aussehen.
Es ist jetzt vermutlich nicht eindeutig, wie ich mir diesen Zustand vorstelle deswegen möchte ich kurz den Vorgang erklären: durch die ionisierten Gasatome werden zuerst die vorhandenen Ladungen an der Innenseite des Isolators entnommen. Dadurch entstehen neutrale Gasatome, diese sollen schlussendlich aber ebenfalls durch die Elektrode, die die Gasatome in erster Linie ionisiert hat (das Ventil wo die Gasatome einströmen sind ist gleichzeitig meine Elektrode) erneut ionisiert werden sodass wirklich alles im Innenraum des Torus eine positive Ladung besitzt.
Wie kann man von dieser Ausgangssituation betrachtet die Bewegung der Ionen von außen induzieren?
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Ich
Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching
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| Ich Verfasst am: 17. Okt 2014 21:28 Titel: |
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| kelloggs hat Folgendes geschrieben: | | Kann man nicht einfach eine Richtungsänderung durchführen ohne das sich die Geschwindigkeit des Teilchens ändert? |
Im englischen Sprachraum würde man dir jetzt den Unterschied zwischen speed und velocity erklären. Im Deutschen verweise ich nur auf die Vektornatur der Geschwindigkeit
| Zitat: | | Wie kann man von dieser Ausgangssituation betrachtet die Bewegung der Ionen von außen induzieren? |
Mit Wechselfeldern, würde ich sagen. Aber auch das entspricht dem, was ein Teilchenbeschleuniger machen muss.
Noch eins: Ich denke, dir ist nicht klar, was so ein geladenes Plasma bedeutet. Ein Liter Plasma mit der Dichte von Luft hätte eine Energie von etwa 100 Megatonnen TNT, wenn ich mich nicht vertan habe. So etwas ist nicht herstellbar.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 17. Okt 2014 23:44 Titel: |
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ach, dein Vektorargument macht mich gerade total verrückt. Überseh ich da irgendwas wenn man von einem Vektor spricht? Für mich hat ein Vektor einen Betrag und eine Richtung. Wenn der Betrag sich ändert, ändert sich die Geschwindigkeit und man hat eine Bremsstrahlung. Solange sich nur die Richtung ändert aber der Betrag gleich bleibt hat man auch keine Bremsstrahlung.
| Zitat: | | Mit Wechselfeldern, würde ich sagen. Aber auch das entspricht dem, was ein Teilchenbeschleuniger machen muss. |
richtig aber hier frage ich mich ja ob man nicht ein elektrisches Feld im Torus erzeugen kann welches dem elektrischen Feld im metallischen Leiter gleicht. Warum hat man im metallischen Leiter ein so kompaktes, eingeschränktes, elektrisches Feld und im ionisierten Gas nicht?
| Zitat: | | Noch eins: Ich denke, dir ist nicht klar, was so ein geladenes Plasma bedeutet. Ein Liter Plasma mit der Dichte von Luft hätte eine Energie von etwa 100 Megatonnen TNT, wenn ich mich nicht vertan habe. So etwas ist nicht herstellbar. |
hier kann ich wenigstens eine klare Antwort geben. Ich möchte ja keine Unmengen an Gasionen produzieren sondern nur soviele wie in den Torus passen aber diese sollen eben alle dieselbe Ladung besitzen. Ich habe da selbst ein paar Überschlagsrechnungen gemacht und 1kg eines Stoffes hat im Bereich von 10^24 bis 10^26 Teilchen. Wenn ich alle Teilchen nur um eine Elementarladung ionisiere würde dann hätte ich Gesamtladungen im sechsstellingen Bereich und mehr.
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Ich
Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching
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| Ich Verfasst am: 19. Okt 2014 22:21 Titel: |
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| Zitat: | | Wenn der Betrag sich ändert, ändert sich die Geschwindigkeit und man hat eine Bremsstrahlung. Solange sich nur die Richtung ändert aber der Betrag gleich bleibt hat man auch keine Bremsstrahlung. |
Im Deutschen gibt es nur ein Wort für Geschwindigkeit, egal ob man nur den Betrag meint oder den tatsächlichen Vektor. Eine Änderung des Geschwindigkeitsvektors ist eine Beschleunigung und verursacht deswegen Bremsstrahlung. Ob sich der Geschwindigkeitsbetrag ändert tut dabei nichts zur Sache. (Allerdings wird er das in der Regel tun, die Energie für die Bremsstrahlung muss ja irgendwo herkommen.)
| Zitat: | | Warum hat man im metallischen Leiter ein so kompaktes, eingeschränktes, elektrisches Feld und im ionisierten Gas nicht? |
Zusätzliche Felder kannst du immer erzeugen. Aber du willst ja nicht dein ganzes Plasma von A nach B schieben und dann Schluss, sondern du willst es antreiben und dann weiterfliegen lassen. Dazu musst du das antreibende Feld zumindest bald wieder ausschalten.
| Zitat: | | Wenn ich alle Teilchen nur um eine Elementarladung ionisiere würde dann hätte ich Gesamtladungen im sechsstellingen Bereich und mehr. |
...mit einer gespeicherten Energie weit im Gigatonnenbereich. Kein Problem.
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 20. Okt 2014 02:07 Titel: |
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| Zitat: | | Eine Änderung des Geschwindigkeitsvektors ist eine Beschleunigung |
da kann ich nicht folgen - stell dir einen Geschwindigkeitsvektor vor der den Radius einer Kugel darstellt. Du kannst den Vektor in jede beliebige Richtung zeigen lassen ohne dass sich die Länge des Pfeils (was ja die Magnitude der Geschwindigkeit darstellt) ändert.
| Zitat: | | Zusätzliche Felder kannst du immer erzeugen. Aber du willst ja nicht dein ganzes Plasma von A nach B schieben und dann Schluss, sondern du willst es antreiben und dann weiterfliegen lassen. Dazu musst du das antreibende Feld zumindest bald wieder ausschalten. |
Es ging mir nur darum zu Begründen wie ein elektrischer Leiter das E-Feld im Stromkreis (Betonung auf Kreis, die Ladungen bewegen sich im Kreis) "gefangenhält" bzw. ein Supraleiter. Als Analogie kann man sich einen Schlauch vorstellen, der mit dem ionisierten Gas gefüllt ist. elektrischen Leiter -> Elektronen fließen im Kreislauf / Gummischlauch -> Gasionen fließen im Kreislauf
Ich werfe mal eine besondere Frage in den Raum. Würden sich Ladungen in einem Teilchenbeschleuniger sogut wie "verlustfrei" im Kreis bewegen wenn man sie nicht auf "relativistische" Geschwindigkeiten beschleunigen würde (sprich z.b. nur 100 m/s)?
| Zitat: | | ...mit einer gespeicherten Energie weit im Gigatonnenbereich. Kein Problem. |
Wie gesagt, das war nur ein Rechenbeispiel. Man wandelt halt nur die Menge an Gasatomen in Ionen um, die "platzmäßig" bei Raumtemperatur in das Volumen des Torus passen.
Da fällt mir aber gerade eine Parallele zu einem Post ein, den ich weiter oben geschrieben habe. Ich wollte das die Innenwände des Torus ebenfalls positive geladen werden (kurzer Rückblick: die positiv geladenen Gasionen entnehmen vorhandene Oberflächenladungen/Elektronen von der Torusinnenwand. Da beim Isolator keine Ladungen nachkommen bleibt diese Stelle am Isolator positiv geladen. Das entstandene, neutrale Gasatom wird wiederum durch das erneute "in die Nähe kommen" an die Elektrode ionisiert). Die Parallele ist nun "wieviele" Ladungen auf der Torusinnenwand sitzen. Es hängt natürlich davon ab wie groß der Torus ist.
Ab welcher Größe könnte man energetisch machbar alle Ladungen an der Innenwand des Torus entfernen sodass man wirklich eine einheitliche Verteilung der positiven Ladungen auf der Innenwand des Torus hat?
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