Elektronenrakete

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Offline Toliman

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Elektronenrakete
« am: 05. August 2021, 21:57:21 »
Prinzipiell müßte es im Weltraum möglich sein, mit dem Rückstoß eines Elektronenstrahls eine Rakete zu betreiben, wobei dieser ähnlich wie in einer Braunschen Röhre erzeugt würde. Allerdings gibt es ein großes Problem: die Rakete lädt sich immer mehr positiv auf, weil ja Elektronen ins All geschleudert werden. Wie lange wäre dies eigentlich möglich? Ab welchen Punkt wäre es nicht mehr möglich, Elektronen ins All zu schicken?

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #1 am: 05. August 2021, 22:35:20 »
Wie lange wäre dies eigentlich möglich?

Garnicht! (Münchhausen-Effekt)

Der Elektronenstrahl müsste Neutralisiert werden, z.B. mit Ionen. Das macht so rum aber kein Sinn.

Offline Hugo

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #2 am: 05. August 2021, 22:41:23 »
Wenn die Rakete sich positiv auflädt und die Elektronen negativ geladen sind, ziehen beide sich wieder gegenseitig an. Die Kräfte neutralisieren sich am Ende wieder.

Offline Toliman

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #3 am: 06. August 2021, 02:06:57 »
Mit einer entsprechend hohen Beschleunigungsspannung kann ich doch im Vakuum Elektronen in die Unendlichkeit schießen! Und wenn sich das Raumschiff immer mehr auflädt, dann erhöhe ich halt die Spannung!

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Offline errsu

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #4 am: 06. August 2021, 02:34:35 »
Mit einer entsprechend hohen Beschleunigungsspannung kann ich doch im Vakuum Elektronen in die Unendlichkeit schießen! Und wenn sich das Raumschiff immer mehr auflädt, dann erhöhe ich halt die Spannung!

Die Elektronen, die weg sind, spielen tatsächlich keine Rolle, weil das elektrische Feld im Quadrat zur Entfernung abnimmt. Aber die akkumulierten positiven Ladungen musst Du alle überwinden, wie schon erwähnt. Und du kannst ja die Spannung nicht beliebig erhöhen. Überhaupt sind Elektronen sehr leicht, also brauchst Du sowieso große Spannungen.

Oder du stoppst mal den Elektronenfluss für einen Moment, und schiesst zur Abwechslung positiv geladene Ionen, die sind auch schön schwer, bis die Ladung wieder ausgeglichen ist.

Oder noch besser, du nimmst gleich ein klassisches Ionentriebwerk, das macht Beides gleichzeitig: erst werden positive Ionen erzeugt und beschleunigt, dann werden die Elektronen wieder hinzugefügt und neutrale Atome (oder Moleküle) mit hoher Geschwindigkeit entlassen.   8)

/errsu

PS. Ach so, vergaß ich zu erwähnen, bei der Braunschen Röhre ist übrigens der Bildschirm auch mit einer leitfähigen Schicht ausgestattet und mit der Anode verbunden, so dass die auftreffenden Elektronen wie bei jeder Elektronenröhre wieder zur Kathode zurückfliessen können. Ist also ein geschlossenes System, obwohl es auf den ersten Blick so ausschaut, als ob das ein Elektronenstrahler wäre.

Offline Toliman

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #5 am: 06. August 2021, 16:24:10 »
Das mit dem leitfähigen Belag in der Braunschen Röhre ist mir bekannt. Aber jetzt die interessante physikalische Frage: wenn ich im Weltraum freifliegend eine Elektronenschleuder betreibe, bei der meinetwegen mit 500 kV Elektronen ins All geschossen werden, ab wann ist spätestens Schluß mit dieser Sache? Bestimmt treten doch in Folge der fehlenden Elektronen irgendwann Materialveränderungen auf, weil Elektronen zum Zusammenhalt der Materie fehlen.

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #6 am: 06. August 2021, 16:30:23 »
Was meinen Sie mit "ab wann ist spätestens Schluß mit dieser Sache?"

Bezüglich eines etwaigen Schubes?

Sofort!, wenn der Elektronenstrahl nicht Neutralisiert wird...

Offline Toliman

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #7 am: 06. August 2021, 17:07:18 »
Ich meine, ab wann ich keine Elektronen mehr ins All schießen kann.

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #8 am: 06. August 2021, 17:15:11 »
Wenn der Elektronenstrahl nicht Neutralisiert wird theoretisch unendlich. Da die Elektronen wieder zurück zur Elektronenquelle umkehren...

Bei einen Alten Röhrenfernseher musste man ja auch nicht die Elektronen nachfüllen  8)

Offline Toliman

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #9 am: 06. August 2021, 17:25:03 »
Die Elektronen würden zwar durch das positiv geladene Raumschiff abgebremst, aber eine Bewegungsumkehr würde nur eintreten, wenn die Energie nicht zu hoch ist.

Bei der Braunschen Röhre sorgt eine leitfähige Schicht im Innern für die Rückführung der Elektronen. Bei meiner Anordnung im Weltraum fehlt eine derartige Ausrüstung.

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #10 am: 06. August 2021, 18:24:25 »
Die Energie der Elektronen spielt keine Rolle...

Ein System (Elektronenkanone) bei welchem Elektronen austreten lädt, sich gegenüber den Elektronen positiv auf; so das ein E-Feld zwischen Elektronen und dem System entsteht. Insofern ist eine Beschleunigung der Elektronen, so wie Sie gedanklich vorhaben, nicht möglich. Die Elektronen würden wegen dem entstandenen E-Feld zu Quelle zurück wandern...

Deshalb wird den Ionenstrahl eines Ionentriebwerkes Elektronen zugeführt, um eben gesagtes Problem, zu umgehen...

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Offline Spock

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #11 am: 06. August 2021, 19:02:01 »
Wenn der Elektronenstrahl nicht Neutralisiert wird theoretisch unendlich. Da die Elektronen wieder zurück zur Elektronenquelle umkehren...

Bei einen Alten Röhrenfernseher musste man ja auch nicht die Elektronen nachfüllen  8)

Ja, dem stimme ich absolut zu, mit meiner "Thermoskanne" in der ich unendlich viele Elektronen bei 0 °K eingesperrt habe als Treibstofftank, kann ich durch Beschleunigung der Elektronen theoretisch unendlich lange Schub erzeugen. Selbst wenn es diese Thermoskanne gäbe, ist der Schub (spezifische Impuls) allerdings sehr sehr gering, da Elektronen quasi nichts wiegen. Da sind klassische Ionenantriebe um Größenordnungen besser.

Masse eines Protons: 1,672 · 10-27kg, Masse eines Neutrons: 1,675 · 10-27kg (Xenon-131 zum Beispiel hat 54 Protonen und 77 Neutronen)
Masse eines Elektrons:  9,109 · 10−31 kg.

In der Realität kann ich mir nicht vorstellen, dass es je so einen Antrieb geben wird.

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #12 am: 06. August 2021, 19:30:35 »
@Spock

Nein, auch das ist so nicht möglich! Meine Antwort bezog sich nur drauf, das ein "theoretischer" unendlicher Elektronen-Kreislauf möglich ist. Wie auch bei einen Röhren-TV.

Dabei entsteht aber kein Schub! oder eine Beschleunigung.

Dafür muss, wie schon öfters gesagt, der nicht Neutrale Teilchenstrahl Neutralisiert werden...

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Offline Spock

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #13 am: 06. August 2021, 20:13:40 »
@Spock

Nein, auch das ist so nicht möglich! Meine Antwort bezog sich nur drauf, das ein "theoretischer" unendlicher Elektronen-Kreislauf möglich ist. Wie auch bei einen Röhren-TV.

Dabei entsteht aber kein Schub! oder eine Beschleunigung.

Dafür muss, wie schon öfters gesagt, der nicht Neutrale Teilchenstrahl Neutralisiert werden...

@F1

auch wenn ich in meiner "Thermoskanne" ein unendlich negativ geladenes Reservoir an Elektronen habe (deren Abgabe nicht zu einer positiven Aufladung der Rakete beitragen)? Ich weiß, das ist praktisch nicht möglich aber ich halte meine Thermoskanne ja auch bei praktisch nicht möglichen 0 °K. Es ist ja eine theoretische Frage.

Ich stimme dir aber zu, sobald die Elektronen neutralisert werden müssen bewegt sich gar nichts da Protonen (positive Teilchen) wesentlich schwerer sind als Elektronen (negative Teilchen).

Re: Elektronenrakete
« Antwort #14 am: 07. August 2021, 00:40:11 »
Alleine der simple Kern von Wasserstoffatomen (leichteste Atome, meistens genau ein Proton) ist ca. 1000x schwerer als ein Elektron. Daher ist das jetzt nicht so eine tolle Stützmasse, was der Thread-Opener hier vorschlägt :)

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Offline errsu

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #15 am: 07. August 2021, 11:55:03 »
Da ich die Frage von Toliman durchaus für interessant halte, hab ich es mal versucht auszurechnen. Anordnung ist natürlich vereinfacht, und ich nehme mal 10 cm als Anodenabstand.
 


/errsu

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Offline Spock

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #16 am: 07. August 2021, 20:06:45 »
Da ich die Frage von Toliman durchaus für interessant halte, hab ich es mal versucht auszurechnen. Anordnung ist natürlich vereinfacht, und ich nehme mal 10 cm als Anodenabstand.
 


/errsu

Wow, danke für deine Rechnung, respekt! Es gibt also einen kleinen Schubs, nicht viel, aber doch vorhanden wenn ich das richtig verstehe :'( ? Zumindest so lange bis die abgegebenen Elektronen die Spannungsdifferenz ausgleichen und die (dann positiv geladene) Kathode die negativ geladenen Elektronen genauso stark anziehet wie die Anode die die Elektronen anfangs beschleunigt. Nebenbei, die Anode heißt so, weil sie Anionen also negativ geladene Teilchen anzieht, in unserem Fall nicht die negativ geladenen Anionen sondern die ebenfalls negativ geladenen Elektronen.

Ich bin kein Physiker und erst recht kein Mathematiker und ich verstehe deswegen das mit dem Betrag des Vektors |r̄| nicht.
Der Abstand als Betrag des Vektors (|r̄|) ist gewählt weil die Beschleunigung nur in eine Richtung geht und nicht ungerichtet in den Raum? ??? Ich habe die Formel mit dem elektrischen Feld gesucht und hier https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-elektrisches-feld/grundwissen/elektrisches-feld-und-feldliniendarstellung gefunden. Dort wird mit r2 gerechnet. Ist das dem Vektor geschuldet, dass nur mit r und nicht r2 gerechnet wird?

Das Eis auf dem ich mich gerade bewege ist seehr dünn aber ich find das Thema spannend  ??? :E

Offline F1

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #17 am: 07. August 2021, 20:11:55 »
;P Ich gebe auf...
Nein, es kann kein Schub entstehen, wenn der nicht Neutrale Teilchenstrahl Neutralisiert wird...

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Offline Spock

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #18 am: 07. August 2021, 20:56:00 »
;P Ich gebe auf...
Nein, es kann kein Schub entstehen, wenn der nicht Neutrale Teilchenstrahl Neutralisiert wird...

Na und wenn ich die Elektronen durch positive Teilchen neutralisiere die durch einen klassischen Ionenantrieb ausgestoßen werden? Dann hab ich vermutlich einen funktionierenden Elektronenantrieb der zwar wenig aber doch dauerhaft Schub durch Elektronen (zusätzlich zum Schub den der Ionenantrieb erzeugt). Aber auf dieses Patent erhebe ich Anspruch  ;)

Offline Hugo

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #19 am: 07. August 2021, 21:54:07 »
Na und wenn ich die Elektronen durch positive Teilchen neutralisiere die durch einen klassischen Ionenantrieb ausgestoßen werden?
Hast Du dann nicht einen Antrieb, der 0,1% mehr Schub liefert, aber doppelt so schwer ist, doppelt so komplex ist und doppelt so viel Strom braucht.

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Offline Spock

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #20 am: 07. August 2021, 22:07:45 »
Na und wenn ich die Elektronen durch positive Teilchen neutralisiere die durch einen klassischen Ionenantrieb ausgestoßen werden?
Hast Du dann nicht einen Antrieb, der 0,1% mehr Schub liefert, aber doppelt so schwer ist, doppelt so komplex ist und doppelt so viel Strom braucht.

Jepp, aber ich habe einen Elektronenantrieb. Leider brauche ich noch die Stützmasse (Treibstoff für den Ionenantrieb) und habe damit keine reine Elektronenrakete  :-o3

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Offline errsu

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #21 am: 07. August 2021, 23:05:43 »
Ich bin kein Physiker und erst recht kein Mathematiker und ich verstehe deswegen das mit dem Betrag des Vektors |r̄| nicht.
Der Abstand als Betrag des Vektors (|r̄|) ist gewählt weil die Beschleunigung nur in eine Richtung geht und nicht ungerichtet in den Raum? ??? Ich habe die Formel mit dem elektrischen Feld gesucht und hier https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-elektrisches-feld/grundwissen/elektrisches-feld-und-feldliniendarstellung gefunden. Dort wird mit r2 gerechnet. Ist das dem Vektor geschuldet, dass nur mit r und nicht r2 gerechnet wird?

Die Formel mit dem r2 berechnet die elektrische Feldstärke in Volt pro Meter (V/m). Die Spannung (bzw. die Potentialdifferenz) in Volt ist dann das Integral dieser Feldstärke entlang der Flugbahn der Elektronen.

/errsu

tonthomas

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Re: Elektronenrakete
« Antwort #22 am: 08. August 2021, 19:46:15 »
Die Diskussion zeigt, dass dieser Antrieb doch eher ein Gedankenexperiment ist als ein absehbarer Antrieb. Deshalb schließe ich das Thema hier.  Gruß   Pirx