Raumladung als Speicher für Elektronen, Teilchenbeschleuniger bzw. Speicherring?
Wenn man den Richard edison Effekt betrachtet, bleibt der Strom im vakuum erhalten. Durch die Sättigung der raumladung ist nur noch die anodenspannung von Bedeutung.
Durch die kleine Masse bei langsamen elektronen, ist der abstoßeffekt gering.
Somit bildet sich eine elektronenwolke.
Wenn nun kein Strom mehr eingebracht wird haben wir ein hohes Potenzial von elektronen.
Falls nun eine Anode angelegt wird, die elektronen aufnimmt, (Lithium oder aluminium ionen, wäre ein stromfluß mit dem Potenzial in v der anode möglich.
Nun meine Frage ist, wäre dies möglich ?
Wäre es ein Akkumulator zwar mit 2 potenzialen aber nur mit einer anode ?
Die raumladung kann super hoch sein (blitze) wäre es nicht eine Möglichkeit unmengen an elektrischem Strom zu speichern
LG
2 Antworten
Schon der erste Satz ist falsch: Nicht nur, dass der Mann Richardson heißt - vielleicht ein bisschen mehr Ehre gegenüber einem Nobelpreisträger? - bleibt auch kein „Strom“ erhalten. Denn da fließt ja nichts. Der glühelektrische Effekt sorgt nur für eine Ladungswolke.
Der nächste Absatz ist auch falsch: Die Abstoßung hat mit Masse und Geschwindigkeit nichts zu tun, sondern mit Ladung.
Der vierte Absatz: Wenn man keinen Strom mehr zuführt, rekombinieren die Elektronen wieder mit den Atomkernen. Das Potential bricht entsprechend zusammen.
Fünfter Absatz: Es gibt keine alleinige Anode ohne Stromkreis.
Sechster Absatz: Nein.
Siebenter Absatz: Nein.
Letzter Absatz: Nein. Und woher soll die Raumladung kommen, wenn Du keinen Strom zuführst? Davon abgesehen kann man Strom nicht speichern, sondern nur Energie.
Naaagut, dann stelle ich das Grummeln mal ein :-)
Die Stromdichte beim glühelektrischen Effekt geht direkt mit dem Quadrat der Temperatur. Er tritt ja nur auf, wenn das Metall >900 Grad heiß ist. Wie willst Du die Hitze ohne Energiezufuhr erhalten? Wenn Du die Heizspannung abstellst, bricht ja der komplette Effekt zusammen.
Getrennte Ladungen können nicht effizient gespeichert werden. Kondensatoren haben keine große Energiedichte. Und der glühelektrische Effekt ist dafür auch ungeeignet.
Ja die frage ist auch eher theoretischer natur.... wenn es möglich ist, elektronen in einem speicherring über Stunden beizubehalten, ohne Beschleunigung oder Bremsung und ich dort eine anode anlege, werden die elektronen durch die Spannung bewegt, weil im vakuum die Felder bestehen bleiben richtig
Als Ergänzung: Gucke Dir die Energiedichten an: https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte - elektrische Energiespeicher (eben Kondensatoren) gehören zu den schlechtesten überhaupt.
Das hat mit Vakuum nichts zu tun. Ein simpler Plattenkondensator speichert auch „auf ewig“ seine Ladung. Auch das elektrische Feld braucht kein Vakuum.
Ja, die Seite mit den energiedichten, kenne ich leider schon zu gut :D
Aber trotzdem danke an alle für die Diskussion.
Wie meinst du der Strom bleibt im Vakuum erhalten?
Die Ladungserhaltung gilt überall nicht nur im Vakuum.
Wenn nun kein Strom mehr eingebracht wird haben wir ein hohes Potenzial von elektronen.
Du hast ein entsprechendes Elektrisches Feld ja.
Falls nun eine Anode angelegt wird, die elektronen aufnimmt, (Lithium oder aluminium ionen, wäre ein stromfluß mit dem Potenzial in v der anode möglich.
Wenn du Lithium Ionen einbringst dann nehmen die die Elektronen auf und es kommt zu keinem Stromfluss. Du kannst natürlich ein Metall einbringen und die Elektronen versuchen zu nutzen.
Das Problem ist aber, dass sich die Elektronen durch die Abstoßung von der Elektrode entfernen und zur äußeren Isolation driften. Dort kannst du sie abgreifen. Das führt zwar zu relativ hohen Spannungen aber dadurch, dass die Kapazität der Anordnung nicht groß ist, ist die Energiemenge limitiert.
Das trifft ja auch auf den Vergleich des FS zu. Blitze haben zumeist 20 x 20 x 20 km Gewitterwolke als Landungstrenner.... Und sowas ist technisch nicht brauchbar.
Im Vergleich ist die Ladungsdichte in einer Blitzwolke sogar relativ klein. Am Ende ist aber die Ladung auf der Gewitterwolke etwas anders als Elektronenwolken im Vakuum. Da wäre die Gewitterwolke eher mit einem normalen Kondensator vergleichbar.
Also: wir bringen freie elektronen durch glühemission in ein vakuum.
Diese haben somit kein Potenzial. Die raumladung ist aufjedenfall größer als die Speicherkapazität eines Metalles. Nun stellen wir uns vor, dass diese elektronen, beschleunigt oder nicht, im Kreis oder viereckig dort verbleiben. Somit ist unser vakuum ein Potenzial. Somit haben wir eine Sättigung der elektronen.
Jetzt legen wir von außen eine anodenspannung an, also gehen wir mal von der Anode einer Lithium Batterie. Diese ionen wollen elektronen.
Somit haben wir ein elektrisches Feld, was die elektronen aus dem vakuum zieht. Weil wir ein hohes Potenzial zu einem niedrigen haben.
Natürlich wäre die Kapazität von der Anode bzw, der raumladung abhängig. Die raumladung ist aber deutlich größer als eine herkömmliche Kathode
Diese haben somit kein Potenzial.
Wie kommst du zu dieser Aussage?
Die Elekronen Wolke erzeugt ein Elektrisches Feld und man kann darüber natürlich auch ein Potential erzeugen.
Die Elektronenwolke stößt nämlich durch ihre Ladung Elektronen ab.
Die raumladung ist aufjedenfall größer als die Speicherkapazität eines Metalles.
Wie kommst du zu dieser Aussage?
Somit ist unser vakuum ein Potenzial.
Ich glaube du verstehst den Begriff Potential nicht ganz.
Somit haben wir eine Sättigung der elektronen.
Es gibt einen Sättigungseffekt richtig. Die Raumladungsdichte kann nicht weiter steigen, weil das Feld der Elektronen die Austrittsarbeit der restlichen Elektronen erhöht.
Jetzt legen wir von außen eine anodenspannung an, also gehen wir mal von der Anode einer Lithium Batterie. Diese ionen wollen elektronen.
Nein. Die Lithium Anode der Lithium Batterie nimmt die Elektronen auf weil sie in der Batterie über ein Elekrolyt in einem Elektrochemischen Element in Verbindung mit der Kathode steht.
Die Lithium Ionen existieren dabei aber im Elektrolyten und nicht in der Anode. In der Anode sind normale Lithiumatome.
Somit haben wir ein elektrisches Feld, was die elektronen aus dem vakuum zieht. Weil wir ein hohes Potenzial zu einem niedrigen haben.
Das Elektrische Feld hast du ja schon vorher. Aber wenn du wirklich Lithium Ionen einbringst, fangen die natürlich die Elektronen ein, nur bringt dir das nichts, weil die Elektronen einfach mit den Lithiumionen Metallisches Lithium bilden. Da kommt also kein Strom raus.
Natürlich wäre die Kapazität von der Anode bzw, der raumladung abhängig. Die raumladung ist aber deutlich größer als eine herkömmliche Kathode
Auch das musst du erstmal belegen. Schon alleine wenn du dir die Elektrodenfläche von Aluminiumelektrolytkondensatoren ansiehst wirst du merken, dass diese riesig ist und größer als die Oberfläche der Raumladungszone.
Somit wäre eine elektronenwolke im vakuum größer als ein metallkonstrukt in denen ich nur begrenzt elektronen einbringen und herausnehmen kann
Die elektronen lassen dich doch super durch beaufschlagte Felder bündeln, abbremsen oder beschleunigen
Das einzige was mich im vakuum begrenzt ist das elektron und seine eigene ladung gegeneinander
Um die Elektronen zu bündeln etc. brauchst Du - völlig richtig! - elektromagnetische Felder. Und wo kommen die her ohne Energiezufuhr?
Deine These ist doch die Konstruktion eines guten Energiespeichers. Das klappt aber nicht auf diesem Wege. Ja, Du kannst die Ladungen mit Aufwand trennen. Und ja, da wird dann Energie gespeichert. Aber es ist ein schrecklicher Wirkungsgrad mit einer fürchterlichen Energiedichte.
Ja, das ist wirklich zum verzweifeln.
Dann muss ich mich wohl doch leider mit metall beschäftigen. Ich hatte im Sinn, dass man das ganze einfach weglässt. Wenn man es weiterspinnt wären photonen noch interessanter, aber das wissen in die Richtung wird doch etwas mager.
Dann muss es wohl doch zink sauerstoff oder aluminium sein.
LG
Wie kommst du zu dem Gedanken, dass eine Elektronenwolke im Vakuum größer wäre als Elektronen in einem Metall?
Die Regeln für Elektronen auf einem Metall oder Elektronen im Vakuum sind ziemlich ähnlich und wegen der Bandstruktur von Metallen kann die Elektronendichte da schon relativ groß werden.
In einem Metall bist du am Ende genau durch den selben Effekt begrenzt und zwar weil sich die Elektronen abstoßen. Das gute an einem Metall ist nur, dass die Elektronen die Austrittsarbeit überwinden müssen um von diesem Metall abhaun zu können, für Elektronen im Vakuum gibt es diese Limiterung aber nicht, daher bewegen sich Elektronen im Vakuum auch eher auseinander als auf einem Metall.
Wenn man es weiterspinnt wären photonen noch interessanter
Wie kommst du den darauf? Aus Photonen kannst du am Ende nicht mehr wirklich Effektiv Elektrische Energie rückgewinnen. Derzeit haben wir Wirkungsgrade von 35%.
Was das ganze mit Zink Sauerstoff oder Aluminium zu tun haben sollte ist auch fraglich. Kupfer wäre für einen Leiter am besten weil du damit den Energieverlust minimieren kannst.
Ich habe die gesamte Kette nur heruntergebrochen,... Wie gesagt reine gedankenexperimente.
Ich wollte nur wissen, ob es theoretisch möglich wäre, elektronen auf einen kleinen Raum bzw begrenzten Raum zu speichern im vakuum. Natürlich geht das nicht ohne Energie. Es geht mir um die Kapazität.
Nicht als Leiter sondern als Speicher.
Die zink-luft batterie arbeitet mit der Reaktion von zink und sauerstoff.
Auch eine primärbatterie mit aluminium und sauerstoff ist möglich. Wie gesagt, alles Gedankengänge um eine große Kapazität von energiespeichern zu erhalten.
Ich hätte auch einfach fragen können, wieviele elektronen passen in 1dm3 vakkum ohne Felder... wieviele elektronen passen passen in 1 dm3 durch Bündelung
Ich weiß dass es dir um die Kapazität geht, aber eine Kapazität macht in diesem Sinne bei Elektrochemischen Zellen wiederum relativ wenig Sinn. Weil die Kapazität ja eine Relation Q=C*U vorraussetzt und die ist bei Elektrochemischen Zellen nicht erfüllt.
Daher wählt man hier eben die Ladung in mAh als Angabe.
Es gibt auch Aluminium-Luft Batterien die haben die höchste Energiedichte bezogen auf alle Metall Luft Zellen.
1dm3 vakkum ohne Felder
Ja nur dann wärst du wieder bei einer Frage welche nicht beantwortbar ist. Sobald du Elektronen hast, hast du ein Feld.
Zudem macht die Frage so eben auch relativ wenig Sinn, weil die Antwort von der Güte deiner Bündelung abhängt. Damit du aber die selbe Ladungsdichte im Vakkuum erhalten kannst wie zB auf einer Metallelektrode musst du dich schon ordentlich anstrengen.
Die Atomrümpfe im Metall erzeugen ein gar nicht mal so schwaches Feld welches die Elektronen im Metall hält.
Von welchem Potenzial gehen wir aus ? Solange ich ein negatives Potenzial habe, ist eine Spannung dort. Wenn man es grundlegend betrachtet brauche ich nur eine positives oder ein negatives Potenzial. Bei der elektrochemischen Zelle schiebe ich etwas auf eine Seite und sage den elektronen ihr dürft nur den Weg den ich möchte.
Somit wird auch eine negative Spannung angelegt an ein vakuum mit den beinhalteten elektronen diese bewegen. Das elektron braucht wie du sagst kein ausbreitungsmedium.
Also sind elektronen im vakuum nicht geladen. Können aber bewegt werden.
Ob das technisch möglich ist und ob es sich lohnt ist eine andere Sache, die ich gerade versuche beantwortet zu bekommen.
Ja, die aluminium sauerstoff Reaktion, diese Batterie ist mir bekannt.
Schlag nochmal den Begriff Potential nach, denn dieser ist nicht eindeutig. Ich kann jedes Potential entweder positiv oder negativ definieren.
Das was zählt ist das Elektrische Feld und das Potential ergibt sich aus diesem sofern es Wirbelfrei ist.
Somit wird auch eine negative Spannung angelegt an ein vakuum mit den beinhalteten elektronen diese bewegen.
Eine Spannung existiert nur zwischen zwei Punkten eine negative Spannung ist einfach nur eine Spannung mit umgekehrter Polarität als angenommen und keine absolute größe. Ich kann also an einen Punkt keine negative Spannung anlegen.
Die Elektronen bewegen sich in entgegensetzer Richtung zum Elektrischen Feld, das ist alles was hier ausschlaggebend ist und daher driften die auch voneinander weg und werden immer den Abstand zueinander maximieren.
Also sind elektronen im vakuum nicht geladen. Können aber bewegt werden.
Wie kommst du da drauf? Elektronen sind immer negativ geladen, weil sie die Elementaren negativen Ladungsträger sind. Ungeladene Elektronen existieren nicht.
Ich hab mich verschrieben ich meinte die Lithium Luft Zelle.
Dann habe ich in dem Moment auch im vakuum ein negatives Potenzial, wenn meine elektronen auch dort negativ geladen sind.
Dann habe ich in dem Moment auch im vakuum ein negatives Potenzial
Nochmal Nein!
Das Potential ist frei definierbar.
Es gilt E = -grad(phi)
phi ist hierbei das sogenannte Potential, also ein Skalarfeld. Da gilt grad(phi) = grad(phi+c) kann ich jede beliebige Konstante addieren ohne dass sich die Aussage ändert.
Ich kann also mein Potential an jedem Punkt positiv definieren auch wenn da nur Elektronen sind.
Idr machst du das ja auch in elektrischen Schaltungen so, indem du den Minuspol deiner Batterie als das 0 Potential definierst. Das Potential in so einer Schaltung kann also nicht negativ werden.
Bzw kein vakuum mehr, weil dort nun elektronen sind.....
Ich habe eben nochmal nachgelesen, bei der Abgabe von der Kathode bildet sich eine elektronenwolke. Wenn die anode weniger aufnehmen kann, als abgegeben wird. Somit bleiben die elektronen in der wolke. Also sagt das aus, dass elektronen im vakuum bleiben und sich zur anode bewegen Wenn der Raum frei ist. Das sagt doch aus, dass elektronen im vakuum bleiben, bis die anode sie aufnehmen kann. Schlussfolgerung: ist doch egal welche anode ich anlege, die elektronen werden sich doch immer dorthin bewegen, egal ob noch weiter elektronen aus der Kathode austreten.
Ja du hast recht, das Potenzial kann nicht null sein.... hmmm, ich denke ich muss echt noch ein bisschen weiter schauen. Trotzdem super di Diskussion. Bis dahin,
LG
Ich habe eben nochmal nachgelesen, bei der Abgabe von der Kathode bildet sich eine elektronenwolke. Wenn die anode weniger aufnehmen kann, als abgegeben wird.
Richtig sofern du mittels des thermo oder photoelekrischen Effekt Elektronen aus dem Metall heraus löst.
Das sagt doch aus, dass elektronen im vakuum bleiben, bis die anode sie aufnehmen kann.
Ja nur diese Aussage gilt nur solange an der Kathode die Generationsrate von Elektronen größer ist als die Rekombination in die Kathode selbst. Im Endeffekt ist es so, dass Elektronen austreten und wieder eingefangen werden. Die Wolke bildet sich weil dieses Gleichgewicht eben ab einem gewissen Zeitpunkt mehr Elektronen rauslöst als eingefangen werden. Wenn die Kathode nun nicht mehr beheizt wird gilt allerdings das nicht mehr.
Schlussfolgerung: ist doch egal welche anode ich anlege, die elektronen werden sich doch immer dorthin bewegen, egal ob noch weiter elektronen aus der Kathode austreten.
Sofern du den Begriff Anode korrekt definierst ja.
Zwischen Anode und Kathode muss ein Elektrisches Feld herschen wobei das Feld von der Anode zur Kathode geht. Erst dann bewegen sich die Elektronen überhaupt gezielt zur Anode.
Hätte die Anode das selbe Potential wie die Kathode würden die Elektronen einfach nach außen driften und entweder über die Außenisolation abhauen. Du hättest dann eben bei der Kathode den konstanten Zustand mit der Elektronenwolke welche eben je nach Temperatur unterschiedlich groß ist.
Das Potential kann 0 sein, es kann auch strikt negativ oder strikt positiv sein.
Ich kann es wie gesagt definieren wie ich will. Denk am besten nicht ans Potential sondern nur an elektrische Feld.
Die Aussage mit der Schaltung war nur der üblichen Konvention geschuldet den Minuspol als 0 zu definieren, aber dieser Konvention muss man nicht zwingend folgen.
Okay, ich schaue nochmal, trotzdem vielen Dank und einen schönes Wochenende
Ja, kann ich verstehen dass du dabei ein bisschen grummelig wirst bei meiner schnell geschriebenen Frage.
Ja, ich weiß was dein Ansatz ist und diese Dinge sind mir klar.
Der Effekt sagt aus, dass wir bei einer kleinen anodenspannung nur soviele elektronen aufnehmen, was unsere Anode aufnimmt. Somit kann die Kathode weiterhin elektronen freigeben. Somit wäre das vakuum zeitlich ein Speicher, bis diese elektronen zu der Anode können.
Wenn wir nun einen speicherrring nehmen und diese speichern wie der Name schon sagt, wäre es möglich ein hohes Potenzial im vakkum zeitlich beizubehalten.