Ich hätte mal eine Frage:
Hätte man einen perfekten Supraleiter, der bei Zimmertemperatur funktioniert, könnt man nicht z.B. in einen gut isolierten „Block“ Supraleiter - Metall gewaltige Mengen von elektrischem Strom induzieren und ihn dann als eine Art „Superbatterie“ verwenden - man könnte damit sehr energetisch anspruchsvolle Systeme versorgen: Z.B. einen starken tragbaren Laser oder ein Elektroauto?!
Florian
Klaro wuerde das gehen, wieso nicht…
Oder Ueberlandleitungen koennte man bauen ohne Verluste…
Allerdings zeigt sich dann aber bei einer bestimmten Elektronendichte ein „Absprühen“ dieser…
CIAO
Allerdings zeigt sich dann aber bei einer bestimmten
Elektronendichte ein „Absprühen“ dieser…
Du kannst ruhig weiter reden, ich höre interessiert zu…
Oh Mann,
ich bin kein Physiker, aber ich habe mal gehoert, dass man die Dichte nicht geliebig erhoehen kann ohne dass sich die Elektronen dann gegenseitig aus dem Material herausschiessen.
Das Abspuehen von Elektronen macht man sich z.B. beim Feldionen-Mikroskop zu nutze. Allerdings erst bei Kruemmungen im nm-Bereich, was viel kleiner ist aus die Kruemmung von supraleitenden Spulen…
Sorry
… und was das für einen Knall gäbe, wenn der Supraleiter über seine Sprungtemperatur erhitzt oder bei einem Unfall beschädigt würde!
Das Abspuehen von Elektronen macht man sich z.B. beim
Feldionen-Mikroskop zu nutze. Allerdings erst bei Kruemmungen
im nm-Bereich, was viel kleiner ist aus die Kruemmung von
supraleitenden Spulen…
Was meinst du mit Krümmung? Raumkrümmung?
Hi,
Was meinst du mit Krümmung? Raumkrümmung?
Eigentlich meine ich geometrische Kruemmung. Die Normalkomponente der elektrischen Feldstarke an der Oberflaeche eines Leiters ist propotional des dort vorherrschenden elektrischen Potentials Po und umgekehrt dem Kruemmungsradius Ro, wobei die Kruemmung kappa=1/Ro ist. Also:
En = Po/Ro
die Tangetialkomponente Et = 0. Deshalb stehen die elektrischen Feldstaerkevektoren auch senkrecht auf der Oberflaeche. Wenn die Kruemmung also genuegendgross wird (also Ro sehr klein) dann waechst En selbst bei festem Po ueber alle Maßen und wird so gross, dass Elektronen entlang der Feldlinien aus der Oberflaeche rausschiessen. Dies gilt aber nur im elektrostatischen Fall und nicht im elektrodynamischen Fall und wie weit das auch im supraleitenden Fall noch gilt, weiss ich echt nicht. Denn solche Effekte gehoeren wohl eher in die Quantenmechanik und nicht zur klassischen Elektrodynamik.
Allerdings steckt in der Elektrodynamik schon sehr sehr tief implizit Qauntenmechanik und RelativitaetsTheorie drin.
CU
Recht hat er ))))
Das geht nicht, weil Supraleiter eine kritische Stromdichte aufweisen, ab der der supraleitende Effekt zusammenbricht. Das kommt daher, weil Ströme immer Magnetfelder erzeugen, welche Einfluß auf den supraleitenden Mechanismus haben.
Mensch ja verdammt nochmal,
Du bist gut, die kritische Stromdichte ist es in der Tat !!!
Super!
Holla
… und was das für einen Knall gäbe, wenn der Supraleiter
über seine Sprungtemperatur erhitzt oder bei einem Unfall
beschädigt würde!
Ohne gross weiter nachzudenken (und Kraefte zu berechnen); ist nicht nur eine ungleichmaessige, punktuelle Erwaermung ein Problem?
In Teilchenbeschleunigern kenne ich das gleiche Problem, dort werden „Quench“-Detektoren eingesetzt, um im Notfall den kompletten Supraleiter ueber die Sprungtemperatur zu bekommen…
Gruss, Lutz
Ist der Supraleiter möglich?
Zu dem Thema eine andere Frage: Wie weit ist man jetzt eigentlich in der Physik? Nach diesen Keramiksuprleitern - gibt es Aussichten auf einen Supraleiter bei Zimmertemperatur? Ich habe mal in einem Spektrum - Artikel gelesen, daß metallischer Wasserstoff möglicherweise ein Supraleiter sein könnte? Gibt es andere Möglichkeiten?
Das geht nicht
Moin!
Das mit dem Supraleiter ist etwas anders. Ein Supraleiter ist ein Leiter der keinen Wiederstand hat. Das heisst, wenn man aus Supraleitern eine Stromleitung macht, dann kommt am Ende genau der Strom raus den man am Anfang reinsteckt. Ohne Verluste. Das heisst aber nicht dass, man in Supraleitern gut Energie speichern kann. (Um ein anschauliches Beispiel zu nehmen: ein Superleiter ist ein schönes Stück Rohrleitung, mit besonders glatter Oberfläche, und ein Energiespeicher wäre ein Fass. Das ist nicht gerade dasselbe.)
Der Punkt an einem Energiespeicher ist, dass man in einem Bereich einen Überfluss an Elektronen haben muss und in einem anderen Bereich einen Mangel an Elektronen. Am einfachsten ist dieses Prinzip bei Kondensatoren umgesetzt. Batterien arbeiten mit chemischen Reaktionen, bei denen (vereinfacht gesagt) an einem Ende Elektronen abgegeben und am anderen Ende wieder in Moleküle eingebaut werden. Noch etwas komplizierter ist die Speicherung von Energie in Magnetfeldern.
Bei den bisherigen Energiespeichern würde ein Supraleiter nicht viel bringen. Lediglich bei Generatoren (die grosse Drahtspulen-mit entsprechendem Wiederstand- enthalten) würde man mit dem Supraleiter wesentlich bessere Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung erreichen.
Also kann man keine Superbatterien bauen. (Jedenfalls soweit ich das weiss)
Wie weit die Supraleiter heute sind, weiss ich leider nicht. Bislang mussten die Supraleiter noch mit flüssigem Stickstoff ~-200°Celsisus gekühlt werden.
Metallischer Wasserstoff dürfte in übrigem normaler Wasserstoff sein der so stark runtergekühlt wird bis er fest wird. Das wären aber -259°Celsius.
Bis dann Axel
Noch etwas komplizierter ist die
Speicherung von Energie in Magnetfeldern.
Wie speichert man Energie in Magnetfeldern?
Metallischer Wasserstoff dürfte in übrigem normaler
Wasserstoff sein der so stark runtergekühlt wird bis er fest
wird. Das wären aber -259°Celsius.
Nein, man muß Wasserstoff unter enormen Druck setzen um ihn metallisch zu machen. Das passiert schon - im Kern des Jupiter - dort gibt es metallischen Wasserstoff. Es geht darum den Zustand des metallischen nach dem Wegnehmen des Drucks beizubehalten. Dazu braucht man eben gerade nicht niedrige Temperaturen. Schafft man es also, ihn metallisch zu halten, haben wir einen Supraleiter bei Zimmertemperatur.
Wasserstoff ist ab 300 Gigapascal rein metallisch.
In Teilchenbeschleunigern kenne ich das gleiche Problem, dort
werden „Quench“-Detektoren eingesetzt, um im Notfall den
kompletten Supraleiter ueber die Sprungtemperatur zu
bekommen…
Teilchenbeschleuniger sind aber keine Energiespeicher. Die Kryomagneten enthalten jeweils nur die Energie, die für die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes benötigt wird. Um ein Auto anzutreiben benötigt man viel größere Energiemengen. Da ist es dann egal, ob der Quench nur an einem Punkt, oder im ganzen Supraleiter stattfindet, weil die gespeicherte Energie (im Gegensatz um Teilchenbeschleuniger) ausreicht, um den kompletten Supraleiter zu zerstören.
Dazu eine kleine Rechnung:
Moderne Elektrofahrzeuge haben einen Wirkungsgrad von 77%, während Verbrennungsmotoren bei 15% herumdümpeln. Bei Speicherung der Antriebsenergie in einem Supraleiter kann der Wirkungsgrad noch einmal gesteigert werden, so daß ich einmal von 90% ausgehe. Wenn wir weiterhin annehmen, daß unser Elektroauto die gleiche Reichweite, wie ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor haben soll, dann benötigt es dafür 1/6 der Energie. Bei einem bescheidenen Tankvolumen von 30 Liter und einem Brennwert von 44 MJ/l wären das 220 MJ.
Jetzt nehmen wir an, es kommt zu einem Quench im frisch aufgeladenen Supraleiter und die 220 MJ werden auf einem Schlag in Wärme umgewandelt, dann könnte man damit 85 l Wasser verdampfen und selbst wenn der Energiespeicher 100 kg wiegt und eine Wärmekapazität von 2,2 kJ/kgK (der Wert für technische Keramiken liegt zwischen 1,2 und 2,5) hat, würde sich das Ding auf 1000°C erhitzen. Wenn es nicht gelingt, den Quench gleichmäßig im gesamten Supraleiter zu verteilen, wäre die lokale Erhitzung noch viel stärker und es würde sogar zu einer Verdampfung des supraleitenden Materials selbst kommen, was natürlich eine Explosion zur Folge hätte.
Um also Betriebssicher zu sein, dürfte der Energiespeicher nicht mit Medien gekühlt werden, die unterhalb von 1000°C verdampfen und er müßte eine Panzerung für den Explosionsschutz sowie eine Wärmedämmung besitzen, die einer derartigen Temperatur mehrere Minuten standhält.