Möglichkeit eines Elektronentriebwerkes?!?

Möglichkeit eines Elektronentriebwerkes?!?

Hallo.

Ich wollte hier mit euch besprechen, ob ein Elektronentriebwerk mit einer Kathodenstrahlröhre und einem Beschleunigungsgitter aus einem Massenspektrometer als Anode funktioniert?
Von der Kathode starten die Elektronen und werden zur Anode hin beschleunigt. Wenn man die Anode durch ein Beschleunigungsgitter ersetzt, ist die Frage, ob die Elektronen sich durch das Beschleunigungsgitter bewegen. Falls diese Konstruktion Schub erzeugt, könnte man das Ganze noch mit Spulen weiterhin beschleunigen. Das Ganze würde dann wie ein Ionentriebwerk nur mit Elektronen und nicht mit Gas als Treibstoff funktionieren. Mal angenommen man nimmt eine Batterie als Energiequelle, sollten die Atome der Batterie doch genügend Elektronen bereitstellen können zur Erzeugung von Schub. So sollten doch auch Raumschiffe mit Atomkraftwerk möglich sein. Elektronen haben schließlich nicht sehr viel weniger Masse als Protonen und Neutronen.

P.S. Bin leider nur einmal die Woche Online und ich hoffe das genügt zum antworten.

@Pluto123:

Pluto123 schrieb:... ist die Frage, ob die Elektronen sich durch das Beschleunigungsgitter bewegen.

Das tun sie, zumindest teilweise. Nach diesem Prinzip funktioniert z.B. ein Fusor.

Pluto123 schrieb:Elektronen haben schließlich nicht sehr viel weniger Masse als Protonen und Neutronen.

Das stimmt nicht. Die Masse eines Elektrons (ca. 9,109E-31 kg) ist ungefähr um den Faktor 1836 geringer als die eines Protons (1,673E-27 kg). Der Faktor beim Neutron ist sehr ähnlich.

Pluto123 schrieb:Mal angenommen man nimmt eine Batterie als Energiequelle, sollten die Atome der Batterie doch genügend Elektronen bereitstellen können zur Erzeugung von Schub.

Eine Batterie stellt keine Elektronen bereit, sondern sie bewegt die im Stromkreis vorhandenen Elektronen.

Jedes Triebwerk, dass netto eine elektrische Ladung ausstößt, wird nicht funktionieren. Dein Triebwerk wird sich dann nämlich elektrisch aufladen. Dadurch entsteht ein elektrisches Gegenfeld, welches es dir sehr schnell unmöglich macht, weitere Elektronen aus zustoßen. Des weiteren wird dein Triebwerk dann auch von Elektronenwolke hinter dir angezogen.

Chemik schrieb:Jedes Triebwerk, dass netto eine elektrische Ladung ausstößt

Genau aus diesem Grund stattet man Ionenantriebe ja auch mit einem sog. Neutralisator aus. Nachdem die Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt wurden, durchläuft der Strahl einen Neutralisator, wo ihm wieder Elektronen zugeführt werden, Somit wird die von dir beschriebene unerwünschte Aufladung verhindert.

Im Grunde sind die Teilchen damit nur für sehr kurze Zeit im ionisierten Zustand (während der Beschleunigung), was letztlich hinten rauskommt, ist ein neutrales Gas ... daher frage ich mich, wieso man das als Ionenantrieb bezeichnet!?

Sogar in Star Trek verwendet man den Begriff Impulstriebwerk, da das Prinzip auf der Impulserhaltung basiert. "Ionenantrieb" ist eher irreführend, zumal eh kaum jemand weiß, was Ionen sind ... okay, mit Impuls können diejenigen dann auch nicht viel anfangen :D

Peter0167 schrieb:Sogar in Star Trek verwendet man den Begriff Impulstriebwerk, da das Prinzip auf der Impulserhaltung basiert. "Ionenantrieb" ist eher irreführend, zumal eh kaum jemand weiß, was Ionen sind ... okay, mit Impuls können diejenigen dann auch nicht viel anfangen :D

DAS ist echt mal faszinierend. Darüber hatte ich mir nie Gedanken gemacht. Danke für die Info! :)

@Peter0167

Also ist es unmöglich mit Elektronen Schub zu erzeugen?

Nachtrag:

Oder ist es bei einer Kathodenstrahlröhr auch möglich mit einem Neutralisator zu arbeiten?

Pluto123 schrieb:Also ist es unmöglich mit Elektronen Schub zu erzeugen?

Ob es unmöglich ist, vermag ich nicht zu beurteilen, es ist aus meiner Sicht aber unsinnig ineffektiv.

Bei einem Impulstriebwerk geht es darum, möglichst viel Masse auf möglichst hohe Geschwindigkeiten in eine bestimmte Richtung zu beschleunigen, um dann die Reaktionskraft für den Antrieb zu nutzen.

Geladene Teilchen bieten sich hier geradezu an, weil sie sich verhältnismäßig einfach in einem Feld beschleunigen lassen, und die Effizienz dabei deutlich höher liegt, als bei einem Triebwerk, welches auf chemischer Verbrennung beruht.

Und wie man an der Formel für den Impuls ( I = m * v ) leicht erkennen kann, ist neben der Geschwindigkeit auch die Masse der Teilchen entscheidend. Und da Protonen ca. 2000mal schwerer als Elektronen sind, zieht man diese natürlich auch den Elektronen vor.

@Pluto123:

Pluto123 schrieb:Oder ist es bei einer Kathodenstrahlröhr auch möglich mit einem Neutralisator zu arbeiten?

An der Stelle holt Dich das Massenverhältnis ≈ 1836 zwischen Elektronen und Protonen ein.

@Pluto123

Mal ne Gegenfrage, ... spannst du dir lieber ein Pferd oder eine Ameise vor den Wagen?

@uatu

Woher kommen die Elektronen aus der Kathodenstrahlröhre?

Bei einer Glühlampe werden auch Elektronen produziert.

@Peter0167

Mit einem Elektronentriebwerk könnte man doch voll elektrisch fliegen und könnte Satelliten im Orbit doch ständig mit Energie der Solarzellen anheben, da sie ja immer etwas absinken. Raumschiffe könnte man doch mit einem Atomkraftwerk betreiben.

Pluto123 schrieb:Woher kommen die Elektronen aus der Kathodenstrahlröhre?

Bei einer Glühlampe werden auch Elektronen produziert.

Elektronen fließen nur und werden nicht erzeugt. Was eine Glühlampe produziert sind Photonen. Mit denen kann man theoretisch einen Antrieb bauen. Allerdings ist der erzeugte Strahlungsdruck sehr klein, sodass man für einen erkennbaren Effekt eine sehr große Strahlungsleistung benötigen würde.

@Pluto123:

Pluto123 schrieb:Woher kommen die Elektronen aus der Kathodenstrahlröhre?

Auch bei einer Kathodenstrahlröhre laufen die Elektronen letztendlich im Kreis. Deshalb ist die innere Oberfläche von Fernsehröhren, etc. üblicherweise aluminisiert. Diese leitende Schicht "sammelt" die Elektronen wieder ein, und leitet sie zurück.

Chemik schrieb:Photonen. Mit denen kann man theoretisch einen Antrieb bauen.

Dazu hatte ich hier mal eine Beispielrechnung gepostet. In der Tat nicht sehr praktikabel. ;)

@Chemik
In einer Kathodenstrahlröhre ist ein Vakuum und dort ist kaum ein Medium um Elektronen zu übertragen. In einem Physik-Forum meinte ein Physiker zu mir, dass eine Glühlampe eine Quelle für Elektronen darstellt. Woher kommen dann die Elektronen? Wie funktionieren Elektronen-Quellen?

@Pluto123:

Pluto123 schrieb:In einem Physik-Forum meinte ein Physiker zu mir, dass eine Glühlampe eine Quelle für Elektronen darstellt.

Das ist zumindest schlecht formuliert. Richtig ist, dass bei glühenden Metallen (das gilt also u.a. für die Wendel einer Glühlampe) Elektronen aus der Metalloberfläche austreten. Für jedes austretende Elektron lädt sich das Metallobjekt aber gleichstark positiv auf, zieht die Elektronen also an. Sofern keine weitere Kraft wirkt, entfernen sich die Elektronen aufgrund dieser Anziehungskraft nicht allzu weit von dem Metallobjekt, und "verschmelzen" wieder mit diesem, sobald die Temperatur des Metallobjekts absinkt.

Entfernt man die Elektronen von dem Metallobjekt z.B. durch den Einfluss von elektrischen oder magnetischen Feldern, bleibt die positive Ladung des Metallobjekts erhalten. Je positiver das Metallobjekt geladen ist, um so stärker zieht es weitere austretende Elektronen an, so dass immer weniger Elektronen austreten, und es immer aufwändiger wird, die Elektronen von dem Metallobjekt wegzubewegen. Das würde also nicht lange funktionieren. Deshalb muss man für einen kontinuierlichen Betrieb sicherstellen, dass der Stromkreis geschlossen ist. Z.B. bei Fernsehröhren geschieht das so, wie ich in meinem vorhergehenden Beitrag beschrieben hatte.

Pluto123 schrieb:In einer Kathodenstrahlröhre ist ein Vakuum und dort ist kaum ein Medium um Elektronen zu übertragen

Elektronen benötigen kein Medium um Übertragen zu werden. Die können sich problemlos frei durchs Vakuum bewegen. Allerdings sind alle Elektronen, die wir hier auf der Erde haben, mehr oder weniger stark an Atomrümpfe gebunden. Um sie von den Atomen zu trennen, muss man ihnen Energie zuführen. Damit erzeugts du aber keine Elektronen, sondern löst nur bereits vorhandene Elektronen heraus. Füllst du die Elektronen nicht wieder auf, dann lädt sich das Material auf (weil es einen Überschuss an positiv geladenen Atomrümpfen gibt). Dadurch erhöht sich wiederum die Energie, die du benötigst, um weitere Elektronen herauszulösen. Der Anstieg, ist dabei so stark, dass der Prozess schnell zum erliegen kommt. Deswegen müssen Stromkreise auch immer geschlossen sein.

Pluto123 schrieb:Woher kommen die Elektronen aus der Kathodenstrahlröhre?

Bei der Kathodenstrahlröhre ist der Stromkreis sowieso geschlossen, denn die Elektroden werden ja von der Anode angezogen.

Pluto123 schrieb:Mit einem Elektronentriebwerk könnte man doch voll elektrisch fliegen

... und sogar CO₂-frei :)

Liest du eigentlich die Antworten in den Beiträgen der anderen? Ich denke nicht. :(

Je mehr Elektronen man von seinem Raumschiff wegschießt, um so stärker lädt sich dieses positiv auf, was das Beschleunigen weiterer Elektronen erschwert, weil das positiv geladene Raumschiff diese wieder anzieht. Dürfte nicht irgendwann die strukturelle Integrität des Raumschiffs zusammenbrechen, weil die für den Aufbau von Feststoffen nötigen Elektronen fehlen?

Marfrank schrieb:Dürfte nicht irgendwann die strukturelle Integrität des Raumschiffs zusammenbrechen, weil die für den Aufbau von Feststoffen nötigen Elektronen fehlen?

Da bricht rein gar nichts zusammen, weil niemand auch nur dran denkt, so einen Unfug zu probieren.