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-   -   Antrieb mit Licht und Graphen? (http://forum.grenzwissen.de/showthread.php?t=22410)

basti_79 27.12.2015 18:15

Antrieb mit Licht und Graphen?
 
Da hat anscheinend einer diesen Sommer auf der Basis von Graphen ein Material entwickelt, das eine Kraft entwickelt, sobald man Licht darauf scheinen lässt. Da mir das sehr "spanisch" vorkommt, würde ich zunächst um eine unabhängige Überprüfung der Behauptung bitten.

http://www.inews163.com/2015/06/22/c...sh-129486.html
http://www.trendsderzukunft.de/revol...kt/2015/06/05/

Sakslane 27.12.2015 22:41

Die beiden Quellen machen keinen besonders seriösen Eindruck, im Gegensatz zu dieser hier:

http://www.nature.com/nphoton/journa....2015.105.html

Allerdings bin ich kein Experte für Festkörperphysik und die ist hier auf jeden Fall gefragt...

basti_79 27.12.2015 23:43

Preprint hier:

http://arxiv.org/pdf/1505.04254.pdf

Sieht in meinen Augen sehr gut aus. Insbesondere hat mir gefallen, dass man sowohl Kontrollproben (mit Nanotubes) gemacht hat, und dass man die Hypothese, dass Elektronen losgeschlagen werden, experimentell überprüft hat. Ich würde gerne berechnen, ob die Zahlen aufgehen, aber das kann ich nicht. Ich habe keine Ahnung, wie man aus einer Leistung bei Geschwindigkeit 0 eine Beschleunigung errechnet.

Dass Elektronen frei werden, hieße, um ein Raumfahrzeug herum würde sich, wenn man diesen Antrieb benutzt, schnell ein elektrisches Feld aufbauen, das den Vortrieb bremst. Andererseits scheint die Zahl der Elektronen beträchtlich. Könnte man diese irgendwie aus mitgeführtem Treibstoff abziehen und diesen beschleunigen und ausstoßen, würde man einerseits das Raumfahrzeug neutral halten und könnte andererseits stärker beschleunigen.

basti_79 27.12.2015 23:57

Hier sind noch Zusatzmaterialien ("supplementary Information"), inklusive Videos.

http://www.nature.com/nphoton/journa...ry-information

Sakslane 28.12.2015 08:15

Im Artikel schreiben die Autoren, dass die austretenden Elektronen eine Energie von ungefähr E = 70 eV haben. Damit sind sie auf jeden Fall nichtrelativistisch, man kann also klassisch rechnen.

Sei also E die Energie pro Elektron und n ihre Austrittsrate (Anzahl pro Zeiteinheit). Dann ist die Ausgangsleistung des Antriebs P = n * E.

Die kinetische Energie eines Elektrons ist E = m * v²/2 = p² / 2m, wobei m die Elektronenmasse, v die Geschwindigkeit und p der Impuls sind. Der Impuls ist damit p = sqrt(2 * m * E). Die Kraft, die der Antrieb erzeugt, ist damit F = n * p = n * sqrt(2 * m * E). Wenn das "Raumschiff" die Masse M hat, folgt daraus die Beschleunigung a = n * sqrt(2 * m * E) / M.

Im Versuch wurden von der Größenordnung her n ≈ 10¹² / s beobachtet. Damit kommt man auf P ≈ 10⁻⁵ W und F ≈ 4,5 * 10⁻¹² N. Letzteres scheint mir aber doch etwas wenig zu sein... Um 1 mg anzuheben, braucht man eine Kraft von 10⁻⁵ N. Es ist mir ein Rätsel, wie sie darauf kommen, dass diese Kraft ausreicht... Im Zusatzmaterial rechnen sie aus, wie viel Energie die Probe durch Beschleunigung / Anheben gewinnt und rechnen die dafür nötige mechanische Leistung aus, die tatsächlich nur um die 10⁻⁶ W liegt. Aber die P ≈ 10⁻⁵ W von oben ist die Leistung, die auf die wegfliegenden Elektronen übertragen wird, nicht auf die Probe. Da aber auf Elektronen und Probe der gleiche Impuls übertragen wird (Impulserhaltung), die Probe aber deutlich schwerer ist als die Elektronen, bekommt die Probe viel weniger mechanische Energie ab.

Irgendwie finde ich das doch etwas seltsam. Mich erinnert das Experiment ein wenig an dieses gute alte Instrument:

http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtm%C3%BChle

Allerdings geben sie an, dass der Druck nur um die 0,1 Pa liegt, bei der Lichtmühle hat man um die 5 Pa. Andererseits braucht man zum Anheben der Graphenschwämme auch wesentlich weniger Kraft, und sie ballern mit einem Laser drauf. Da könnten 50 mal weniger Gasatome auch ausreichen.

basti_79 28.12.2015 09:15

Danke erstmal für die Rechnung. In die Richtung hatte ich gedacht, war mir aber dann doch zu umständlich.

Man wird wohl abwarten müssen, bis jemand anderes den Versuch wiederholt. Sie hätten noch überprüfen sollen, ob unterschiedlicher Restluftdruck den Effekt verändert, da hast Du Recht. Ist aber auch seltsam, dass der Effekt bei anderen, vergleichbaren Proben nicht zustande kam.

Sakslane 28.12.2015 09:54

Zum Thema Lichtmühle:

https://golem.ph.utexas.edu/category...ght_mills.html
http://www.iop.org/EJ/abstract/0031-9120/13/7/004

Wenn man das mal mit den Angaben aus dem Artikel durchrechnet (Restdruck 0,1 Pa, Temperatur auf einer Seite 300 K, auf der anderen 1100 K), kommt man auf eine Druckdifferenz von 0,045 Pa. Bei einer Querschnittsfläche von 4 cm² macht das eine Kraft von 1,8 * 10⁻⁵ N. Und schon hebt sich die Probe...

basti_79 28.12.2015 10:13

Menno. Naja, nach so einer detaillierten Kritik dürfen wir auch die Namen der Verursacher des Schlamassels nennen:

Tengfei Zhang
Huicong Chang
Yingpeng Wu
Peishuang Xiao
Ningbo Yi
Yanhong Lu
Yanfeng Ma
Yi Huang
Kai Zhao
Xiao-Qing Yan
Zhi-Bo Liu
Jian-Guo Tian
Yongsheng Chen

Die sollten sich bemühen, den Lichtmühlen-Effekt auszuschließen.

Kein Esoteriker 06.02.2016 14:50

Die Verzweiflung hält so langsam Einzug, wenn man sich schon der Sommermärchen von chinesischen Studenten widmen muss.

Haha

basti_79 06.02.2016 14:56

Was ist daran so komisch?


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