DE102014008721B4 - Electrostatic inductor - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Erzeugung und/oder Formung eines zumindest bereichsweise inhomogenen elektrischen Feldes, umfassend: a) wenigstens ein Massepotential führendes Maschinen- oder Anlagenteil (I) als Teil einer Umhausung für ein vorzugsweise strömendes Medium; b) eine Quelle mit wenigstens einem vom Massepotential abweichenden, vorzugsweise positiven, elektrischen Potential (V); c) einen mit dem vom Massepotential abweichenden, vorzugsweise positiven elektrischen Potential (V) dieser Quelle elektrisch verbundenen, flachen Ring (3) aus einem elektrisch leitfähigen Metall, insbesondere aus Stahl, mit je einer dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil (I) zugewandten und abgewandten Ringebene, einer querschnittlichen, zur Ringebene parallelen Breite (2b) und einem Durchmesser (2a + 2b); d) ein geordnetes, einlagiges System von Partikeln (P, Q) aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einem Durchmesser (δ) von 1 mm oder weniger: δ ≤ 1 mm, auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil (I) zugewandten Ringebene des elektrisch leitfähigen Rings (3) zum Zweck der Steigerung der Stärke des elektrostatischen Feldes; e) eine den Ring (3) an dessen einem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil (I) abgewandten Ringebene umfassende, dielektrische Fassung (6, 7, 8) mit einem U-förmigen Querschnitt, deren Querschnittsfläche eine Breite (2b) aufweist, und die über die dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil (I) zugewandten Ebene des Rings (3) wenigstens um ein Höhenmaß (δ) hinausragt; f) ein den Raum innerhalb der Fassung (6, 7, 8) oberhalb des Rings (3) füllendes Pulver aus keramischen Partikeln mit einer hohen Dielektrizitätskennzahl (ε).Arrangement for generating and / or forming an at least partially inhomogeneous electric field, comprising: a) at least one ground potential leading machine or plant part (I) as part of a housing for a preferably flowing medium; b) a source with at least one deviating from the ground potential, preferably positive electrical potential (V); c) one with the ground potential deviating, preferably positive electrical potential (V) electrically connected to this source, flat ring (3) made of an electrically conductive metal, in particular steel, each with an adjacent, ground potential leading machine or equipment part (I ) facing and facing away from the ring plane, a cross-sectional, parallel to the ring plane width (2b) and a diameter (2a + 2b); d) an ordered, single-layer system of particles (P, Q) of a metal or a metal alloy with a diameter (δ) of 1 mm or less: δ ≤ 1 mm, on the adjacent, ground potential leading machine or plant part (I) facing ring plane of the electrically conductive ring (3) for the purpose of increasing the strength of the electrostatic field; e) a the ring (3) at its one adjacent, ground potential leading machine or equipment part (I) facing away from the ring level, dielectric socket (6, 7, 8) having a U-shaped cross-section, the cross-sectional area has a width (2b) , and which projects beyond the level of the ring (3) facing the neighboring, ground potential-leading machine or plant part (I) by at least one height dimension (δ); f) a powder within the socket (6, 7, 8) above the ring (3) filling ceramic particles with a high dielectric constant (ε).
Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung zur Erzeugung und/oder Formung eines zumindest bereichsweise inhomogenen elektrischen Feldes, umfassend: Wenigstens ein Massepotential führendes Maschinen- oder Anlagenteil als Teil einer Umhausung für ein vorzugsweise strömendes Medium; eine Quelle mit einem von Massepotential abweichenden elektrischen Potential V; einen mit dem elektrischen Potential V dieser Quelle elektrisch verbundenen, flachen Ring aus einem elektrisch leitfähigen Metall mit je einer einem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten und abgewandten Ringebene, einer querschnittlichen, zur Ringebene parallelen Breite und einem Durchmesser; eine den Ring an dessen einem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil abgewandten Ringebene umfassende, dielektrische Fassung mit einem U-förmigen Querschnitt, deren Querschnittsfläche eine Breite aufweist, und die über die dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des Rings wenigstens um ein Höhenmaß hinausragt; ein den Raum innerhalb der Fassung oberhalb des Rings füllendes Pulver aus keramischen Partikeln mit einer hohen Dielektrizitätskennzahl.The invention is directed to an arrangement for generating and / or forming an at least partially inhomogeneous electric field, comprising: at least one ground potential leading machine or plant part as part of a housing for a preferably flowing medium; a source with an electrical potential V deviating from ground potential; a flat ring of an electrically conductive metal electrically connected to the electrical potential V of this source, each having an adjacent, ground potential leading machine or equipment part facing and facing ring plane, a cross-section, parallel to the ring plane and a diameter; a the ring at its one adjacent, ground potential leading machine or equipment part facing away ring level, dielectric socket with a U-shaped cross-section whose cross-sectional area has a width, and over the adjacent, the ground potential leading machine or equipment part facing the ring extends at least by a height measure; a powder of ceramic particles with a high dielectric index filling the space within the socket above the ring.
Elektrische und/oder magnetische Felder werden in vielfältigen Anwendungen eingesetzt. Dazu zählt unter anderem auch die Erzeugung von Kräften und/oder Drehmomenten auf elektrisch leitende oder stromführende Elemente, beispielsweise in Motoren. Damit können die unterschiedlichsten Verbraucher angetrieben werden.Electrical and / or magnetic fields are used in a variety of applications. This includes, among other things, the generation of forces and / or torques on electrically conductive or current-carrying elements, for example in motors. This allows a wide variety of consumers to be driven.
Will man beispielsweise ein Strömungsmedium beschleunigen, so wird hierzu üblicherweise an einen Motor eine Pumpe für ein flüssiges Strömungsmedium oder ein Kompressor für ein gasförmiges Strömungsmedium gekoppelt. Allerdings gibt es dabei nicht unerhebliche Verluste, nämlich Reibungsverluste oder Dichtigkeitverluste, etc. Es wäre daher wünschenswert, wenn man auf die Bestandteile eines Strömungsmediums, also auf dessen Moleküle oder Atome, unmittelbar einwirken könnte.If, for example, one wishes to accelerate a flow medium, a pump for a liquid flow medium or a compressor for a gaseous flow medium is usually coupled to a motor. However, there are not inconsiderable losses, namely frictional losses or leaks, etc. It would therefore be desirable to be able to act directly on the components of a flow medium, ie on its molecules or atoms.
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Mit einem elektrisch leitfähigen Ring lässt sich beispielsweise gegenüber einem Gehäuse ein elektrisches Potential bzw. Feld aufbauen. Geladene Teilchen erfahren in einem elektrischen Feld eine Kraft, die sogenannte Coulombkraft. Um damit allerdings eine technische Beschleunigung hervorrufen zu können, muss das elektrische Feld so stark als möglich sein.With an electrically conductive ring, for example, an electrical potential or field can be built up relative to a housing. Charged particles experience a force in an electric field, the so-called Coulomb force. However, in order to be able to induce a technical acceleration, the electric field must be as strong as possible.
Darüber hinaus wirkt ein damit erzeugtes elektrisches Feld nur auf geladene Teilchen. Dies ist bei neutralen Atomen oder Molekülen ein Problem. Denn selbst wenn diese aus einzelnen, geladenen Teilchen wie Protonen und Elektronen bestehen, so sind die darauf einwirkenden Colombkräfte einander entgegengesetzt; die Protonen zerren in die eine Richtung, die Elektronen in die andere. Die resultierende Kraft ist dabei im Allgemeinen null.In addition, an electric field generated thereby acts only on charged particles. This is a problem with neutral atoms or molecules. For even if these consist of individual, charged particles, such as protons and electrons, the forces of the polar forces acting on them are opposite to each other; the protons tug in one direction, the electrons in the other. The resulting force is generally zero.
Dies kann jedoch anders sein bei Molekülen mit einem elektrischen Dipolmoment wie beispielsweise Wasser, H2O. Dort weist das zentrale Sauerstoffatom eine negative Teilladung auf, die beiden Wasserstoffatome eine insgesamt genau so große positive Teilladung. Die Zentren dieser Teilladungen sind allerdings räumlich gegeneinander versetzt, so dass ein elektrisches Dipolmoment p besteht.However, this can be different for molecules with an electric dipole moment such as water, H 2 O. There, the central oxygen atom has a negative partial charge, the two Hydrogen atoms a total of just as large positive partial charge. However, the centers of these partial charges are spatially offset from each other, so that there is an electric dipole moment p .
In einem elektrischen Feld E erfahren solche Moleküle eine Ausrichtung derart, dass sich ihr elektrisches Dipolmoment p parallel bzw. antiparallel zu der Richtung des Feldes E einstellt.In an electric field E , such molecules undergo an orientation such that their electric dipole moment p is set in parallel or antiparallel to the direction of the field E.
Infolge dieser Ausrichtung können die beiden gegeneinader versetzten Dipolzentren solcher Moleküle in einem inhomogenen elektrischen Feld E ≠ const. unterschiedliche Kräfte F erfahren. Diese sind zwar antiparallel zueinander, aber nicht gleich groß, so dass eine resultierende Gesamtkraft ungleich Null bleibt, welche das betreffende Molekül translatorisch in Richtung des elektrischen Feldes E beschleunigt, gemäß der Formel F = m·a.As a result of this orientation, the two opposing dipole centers of such molecules in an inhomogeneous electric field E ≠ const. experienced different forces F. Although these are antiparallel to each other, but not the same size, so that a total resulting non-zero force remains, which accelerates the molecule in question in the direction of the electric field E , according to the formula F = m · a .
Es hat sich herausgestellt, dass für diese Kraft gilt:
Man erkennt, dass diese Beschleunigung um so größer ist, je stärker die Inhomogenität oder Divergenz ∇E des Feldes E ist.It can be seen that the higher the inhomogeneity or divergence ∇ E of the field E , the greater the acceleration.
Daraus resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Anordnung derart weiterzubilden, dass sich damit ein elektrisches Feld E erzeugen lässt, dessen Inhomogenität oder Divergenz ∇E so stark als möglich ist.This results in the problem initiating the invention of developing a generic arrangement in such a way that an electric field E can be generated whose inhomogeneity or divergence ∇ E is as strong as possible.
Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass der elektrisch leitfähige Ring zum Zweck der Steigerung der Stärke des elektrostatischen Feldes auf seiner dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ringebene ein geordnetes, einlagiges System von Partikeln aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger aufweist: δ ≤ 1 mm.The solution to this problem is achieved in that the electrically conductive ring for the purpose of increasing the strength of the electrostatic field on its adjacent ground potential leading machine or equipment part facing ring level an ordered, single-layer system of particles of a metal or a metal alloy a diameter δ of 1 mm or less: δ ≦ 1 mm.
Der Durchmesser δ der Partikel aus einem Metall oder einer Metall-Legierung kann auch bei 100 μm oder weniger liegen: δ ≤ 100 μm; vorzugsweise bei einem Durchmesser δ von 10 μm oder weniger: δ ≤ 10 μm; bevorzugt bei einem Durchmesser δ von 1 μm oder weniger: δ ≤ 1 μm; insbesondere bei einem Durchmesser δ von 100 nm oder weniger: δ ≤ 100 nm.The diameter δ of the particles of a metal or a metal alloy may also be 100 μm or less: δ ≦ 100 μm; preferably at a diameter δ of 10 μm or less: δ ≦ 10 μm; preferably at a diameter δ of 1 μm or less: δ ≦ 1 μm; in particular with a diameter δ of 100 nm or less: δ ≦ 100 nm.
Diese kleinen Partikel können als kugelförmig betrachtet werden. Sie können beispielsweise aus flüssigen, geschmolzenen Tröpfchen erzeugt werden und haben dann eine glatte Oberfläche mit einer gleichmäßigen Wölbung, sind also kugelförmig. Werden solche weitgehend kugelförmigen Partikel in einer Ebene aneinandergereiht, so dass sie möglichst nahe beieinander liegen, wobei sie sich nicht berühren müssen, so haben sie insgesamt eine erheblich größere Oberfläche als die Ebene, auf der sie liegen. Denn die Kugeloberfläche FK ist
Zwar können Kugeln nicht vollkommen ohne Zwischenräume nebeneinander gelegt werden; bei einer schachbrettartigen Anordnung der Kugeln ist jeder Kugel eine viereckige Fläche FV zugeordnet von
Bedenkt man ferner, dass gleichartige elektrische Ladungen q bevorzugt an der Oberfläche eines leitfähigen Gegenstandes sitzen, so erkennt man, dass dadurch eine erheblich gesteigerte Ladungsspeicherfähigkeit einhergeht. Dies ist vergleichbar mit der Kapazität C eines Kondensators. Considering further that similar electrical charges q preferably sit on the surface of a conductive object, it can be seen that this results in a significantly increased charge storage capacity. This is comparable to the capacitance C of a capacitor.
Die Auflösung der glatten, ebenen Oberfläche des elektrisch leitfähigen Rings durch die mit diesem in elektrischem Kontakt stehenden, ebenfalls elektrisch leitfähigen, näherungsweise kugelförmigen Partikel erhöht also die „Kapazität” bzw. das Ladungsspeicherungsvermögen des Rings deutlich, und da die elektrischen Ladungen q die Quelle des elektrischen Feldes E sind, kann damit eine erhebliche Steigerung des elektrischen Feldes E erreicht werden; jede Inhomogenität des Feldes E wird dementsprechend mit verstärkt, und also auch der Wert a = (p·∇)E/m für die Beschleunigung eines Moleküls mit der Masse m und dem elektrischen Dipolmoment p.The dissolution of the smooth, planar surface of the electrically conductive ring by the likewise electrically conductive, approximately spherical particles which are in electrical contact therewith thus significantly increases the "capacitance" or the charge storage capacity of the ring, and since the electrical charges q are the source of the electric field E , so that a significant increase in the electric field E can be achieved; each inhomogeneity of field E is amplified accordingly, and thus also the value a = ( p · ∇) E / m for the acceleration of a molecule with mass m and the electric dipole moment p .
Diese Inhomogenität wird dadurch hervorgerufen, dass die Ladungsträger auf einem elektrisch leitfähigen Ring samt dessen Partikel-Oberfläche konzentriert sind. Betrachtet man eine Schnittebene entlang einer Mittelachse durch diesen Ring, so gehen alle Feldlinien von dem in der Schnittdarstellung nahezu punktfömigen Ringquerschnitt aus und erfüllen den ganzen Raum, bis sie in eine entgegengesetzte Elektrode münden. Die Feldlinien bündeln sich also im Bereich des elektrisch leitfähigen Rings zusehends, mit dem Effekt, dass entsprechend ausgerichtete Dipol-Moleküle zu diesem Ring hin beschleunigt werden, weil das diesem jeweils näher gelegene Dipolzentrum eine stärkere Anziehung erfährt als die auf das entferntere Dipolzentrum einwirkende Abstoßung.This inhomogeneity is caused by the fact that the charge carriers are concentrated on an electrically conductive ring together with its particle surface. Looking at a sectional plane along a central axis through this ring, so all field lines go from the almost punktfömigen in cross-sectional ring cross-section and fill the whole space until they open into an opposite electrode. The field lines thus concentrate noticeably in the region of the electrically conductive ring, with the effect that appropriately aligned dipole molecules are accelerated toward this ring because the dipole center, which is closer to it, experiences a stronger attraction than the repulsion acting on the more distant dipole center.
Für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Ring-Baugruppe schlägt die Erfindung folgende Vorgehensweise vor:
Zunächst werden ring- oder segmentförmige Isolatoren in eine ringförmige, nut- oder rinnenförmige Vertiefung einer Halterung bzw. eines späteren Teils eines Strömungskanals eingelegt, wobei diese insgesamt einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen. In den querschnittlich U-förmigen Hohlraum wird sodann der Ring aus einem elektrisch leitfähigen Material hineingelegt oder eingepasst. Dabei ist darauf zu achten, dass die freien Kanten der Seitenschenkel der querschnittlich U-förmigen Isolatoren über die noch sichtbare Stirnseite des Rings aus einem elektrisch leitfähigen Material überstehen. Dadurch entsteht quasi eine Art flacher Trog, in welchen das Pulver aus mikro- oder nanoskopischen Partikeln hineingeschüttet werden kann, ohne über diesen solchermaßen hergestellten Rand herabzufallen.For the production of a ring assembly according to the invention, the invention proposes the following procedure:
First, ring-shaped or segment-shaped insulators are inserted into an annular, groove-shaped or groove-shaped depression of a holder or a later part of a flow channel, wherein these have an overall approximately U-shaped cross-section. In the cross-sectionally U-shaped cavity, the ring is then inserted or fitted from an electrically conductive material. It is important to ensure that the free edges of the side legs of the cross-sectionally U-shaped insulators over the still visible end face of the ring of an electrically conductive material survive. This creates a quasi-kind of flat trough, in which the powder of micro- or nanoscopic particles can be poured into it, without falling over this edge thus produced.
In einem folgenden Schritt wird die soweit fertiggestellte Montageeinheit mit dem Ring aus einem elektrisch leitfähigen Material – bevorzugt mitsamt des darauf geschütteten Pulvers aus mikro- oder nanoskopischen Partikeln – zwischen zwei vorzugsweise ringförmigen Magnetpolen platziert – vorzugsweise an der ersten Position einer Fertigungsstraße. Das senkrechte Magnetfeld magnetisiert den Ring, der die vorzugsweise magnetisierbaren, mikro- oder nanoskopischen Partikeln anzieht.In a following step, the assembly unit which has been completed so far is placed with the ring of an electrically conductive material, preferably together with the powder of micro- or nanoscopic particles poured thereon, between two preferably annular magnetic poles, preferably at the first position of a production line. The perpendicular magnetic field magnetizes the ring, which attracts the preferably magnetizable, micro- or nanoscopic particles.
Der Ring aus einem elektrisch leitfähigen Material kann an eine Spannungsquelle, insbesondere an eine Gleichspannungsquelle, angeschlossen werden.The ring of an electrically conductive material can be connected to a voltage source, in particular to a DC voltage source.
Die Magnetpole werden mit einem pulsierenden magnetischen Feld senkrecht zu der sichtbaren Stirnfläche des Rings erregt; davon werden die mikro- oder nanoskopischen Partikel absatzweise geschüttelt und verteilen sich dabei in einer einlagigen Schicht. Dabei können sich im Bereich ausgeprägter Magnetpole ringförmige Strukturen der mikro- oder nanoskopischen Partikel einstellen, in deren Mitte sich jeweils ein Magnetpol befindet. Weiter entfernt von solchen ausgeprägten Magnetpolen kann sich eine Struktur mit dem Umfangsverlauf des Rings folgenden Reihen von mikro- oder nanoskopischen Partikeln ergeben.The magnetic poles are excited with a pulsating magnetic field perpendicular to the visible end face of the ring; Of these, the micro- or nanoscopic particles are shaken batch by batch and thereby distributed in a single-layer. In this case, in the region of pronounced magnetic poles, it is possible for annular structures of the micro- or nanoscopic particles to be adjusted, in the center of which there is in each case one magnetic pole. Further away from such distinct magnetic poles, a structure having the circumferential shape of the ring may result in subsequent rows of micro- or nanoscopic particles.
Anschließend kann die Montage-Einheit an eine zweite Position der Fertigungsstrasse befördert werden. Dort wird eine Keramik-Paste unter senkrechtem Druck in den verbleibenden Hohlraum in der ringförmigen Rinne oberhalb des Rings und der mikro- oder nanoskopischen Partikel gedrückt. Dabei umströmt diese Keramik-Paste die mikro- oder nanoskopischen Partikel und füllt die zwischen diesen entsprechend der verlangten τ = 1,05 verbliebenen Lücken aus. Nachdem der Innenraum gefüllt ist, wird die überflüssige Paste abgekratzt, -geschabt oder geschnitten.Subsequently, the assembly unit can be transported to a second position of the production line. There, a ceramic paste is forced under vertical pressure into the remaining cavity in the annular groove above the ring and the micro- or nanoscopic particles. This ceramic paste flows around the micro- or nanoscopic particles and fills the gaps remaining between them according to the required τ = 1.05. After the interior is filled, the excess paste is scraped, scraped or cut.
Schließlich wird diese Montage-Einheit an eine dritte Position der Fertigungsstraße transportiert – in einen Keramik-Brennofen, wo die Keramik-Paste gebrannt wird und zu einem festen Körper erhärtet, in den die mikro- oder nanoskopischen Partikel eingebettet sind.Finally, this assembly unit is transported to a third position of the production line - a ceramic kiln where the ceramic paste is fired and solidifies into a solid body in which the micro- or nanoscopic particles are embedded.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass das Massepotential führende Maschinen- oder Anlagenteil ein Strömungskanal ist, vorzugsweise mit einem sich von einem Strömungseinlass in Richtung zu einem Strömungsauslass erweiternden Querschnitt, insbesondere ein Diffusor. Ein Strömungsabschnitt mit einem sich verändernden Querschnitt begünstigt eine Inhomogenität des Feldes. It has proven to be advantageous for the ground-potential-carrying machine or system part to be a flow channel, preferably with a cross-section widening from a flow inlet in the direction of a flow outlet, in particular a diffuser. A flow section with a changing cross-section favors inhomogeneity of the field.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass der elektrisch leitfähige Ring sich im Bereich des Strömungsauslasses befindet. Dorthin ist das Strömungsmedium zu beschleunigen, was durch Anziehung mittels dieses Rings und der darauf applizierten mikro- oder nanoskopischen Partikel erfolgt.Further advantages result from the fact that the electrically conductive ring is located in the region of the flow outlet. There, the flow medium is to accelerate, which is done by attraction by means of this ring and the applied thereon micro- or nanoscopic particles.
Der Strömungsauslass kann etwa radial zur Haupt-Strömungsrichtung im Bereich des Einlasses orientiert sein, insbesondere ringförmig gestaltet sein.The flow outlet may be oriented approximately radially to the main flow direction in the region of the inlet, in particular be designed annular.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals, insbesondere Diffusors, von dem Strömungseinlass zum Strömungsauslass hin kegelförmig erweitert.It is within the scope of the invention that the cross-section of the flow channel, in particular diffuser, widened conically from the flow inlet to the flow outlet.
Die Erfindung empfiehlt, dass sich der elektrisch leitfähige Ring auf der gedachten Verlängerung der Kegelmantelfläche des sich kegelförmig erweiternden Strömungskanals befindet. Dadurch kann eine maximal inhomogene Struktur erzeugt werden.The invention recommends that the electrically conductive ring is located on the imaginary extension of the conical surface of the conically widening flow channel. As a result, a maximum inhomogeneous structure can be generated.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der elektrisch leitfähige Ring in einer nutförmigen Aufnahme eines den Strömungskanal zumindest bereichsweise begrenzenden Teils der Umhausung aufgenommen ist.The invention can be further developed such that the electrically conductive ring is accommodated in a groove-shaped receptacle of a part of the enclosure which delimits the flow channel at least in regions.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass das Teil der Umhausung des Strömungskanals mit einer nutförmigen Aufnahme für den elektrisch leitfähigen Ring in den Strömungskanal oder Diffusor zumindest bereichsweise hinein gewölbt ist, beispielsweise nach Art eines Trichters, insbesondere eines Trichters mit einem in den Strömungskanal hinein gewölbten Querschnitt. Damit wird für das Strömungsmedium eine sanfte Umlenkung von der axialen Strömungsrichtung am Einlass in die radiale Strömungsrichtung am Auslass bewirkt – Turbulenzen in der Strömung werden vermieden, welche ansonsten den Wirkungsgrad der Anordnung reduzieren könnten.According to the invention it is further provided that the part of the enclosure of the flow channel is curved with a groove-shaped receptacle for the electrically conductive ring in the flow channel or diffuser at least partially, for example in the manner of a funnel, in particular a funnel with a curved into the flow channel in cross-section. Thus, a gentle deflection from the axial flow direction at the inlet into the radial flow direction at the outlet is effected for the flow medium - turbulences in the flow are avoided, which could otherwise reduce the efficiency of the arrangement.
Der elektrisch leitfähige Ring sollte aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material bestehen und magnetisiert sein. Dadurch kann er während des Herstellungsverfahrens die mikro- oder nanoskopischen Partikel magnetisch anziehen und festhalten.The electrically conductive ring should be made of a magnetic or magnetizable material and be magnetized. This allows him to magnetically attract and hold the micro- or nanoscopic particles during the manufacturing process.
Es hat sich bewährt, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings aus einem Übergangsmetall bestehen oder aus einer Legierung mit einem Übergangsmetall, vorzugsweise als Hauptbestandteil der Legierung.It has been proven that the particles with a diameter δ of 1 mm or less on the adjacent, the ground potential leading machine or equipment part facing the plane of the electrically conductive ring made of a transition metal or an alloy with a transition metal, preferably as a main component of Alloy.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings aus einem magnetischen, vorzugsweise ferromagnetischen Metall bestehen oder aus einer Legierung mit einem solchen Metall, vorzugsweise als Hauptbestandteil der Legierung. Durch Magnetkräfte können die Partikel bei der Herstellung einerseits justiert und andererseits festgehalten werden.A preferred development of the invention is that the particles with a diameter δ of 1 mm or less on the adjacent, the ground potential leading machine or equipment part facing the plane of the electrically conductive ring made of a magnetic, preferably ferromagnetic metal or made of an alloy Such a metal, preferably as a main component of the alloy. By magnetic forces, the particles can be adjusted during manufacture on the one hand and on the other hand held.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings aus Nickel bestehen oder aus einer Legierung mit Nickel, vorzugsweise als Hauptbestandteil der Legierung.The invention is further characterized in that the particles with a diameter δ of 1 mm or less on the adjacent, the ground potential leading machine or equipment part facing plane of the electrically conductive ring made of nickel or an alloy with nickel, preferably as the main component the alloy.
Eine bevorzugte Konstruktionsvorschrift besagt, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings mit einer erhärteten Masse umhüllt sind, vorzugsweise mit einer keramischen Masse, insbesondere mit einer gebrannten, keramischen Masse. Diese soll die mikro- oder nanoskopischen Partikel festhalten, ggf. gegeneinander isolieren und auch eventuell vor einem unmittelbaren Kontakt mit dem Strömungsmedium schützen.A preferred design rule states that the particles are wrapped with a diameter δ of 1 mm or less on the adjacent ground potential leading machine or equipment part facing the electrically conductive ring with a hardened mass, preferably with a ceramic mass, in particular with a fired, ceramic mass. This is intended to hold the micro- or nanoscopic particles, if necessary, to isolate them from one another and possibly also to protect them from direct contact with the flow medium.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings im Bereich der Nahordnung an Schnitt- oder Eckpunkten eines Dreiecksgitters auf der Ringfläche angeordnet sind, vorzugsweise an den Schnitt- oder Eckpunkten eines Gitters aus gleichseitigen Dreiecken, insbesondere mit einer Kantenlänge oder Schrittweite t = τδ, wobei τ = 1,01...1,5, vorzugsweise τ = 1,02...1,2, insbesondere τ = 1,05...1,1. Furthermore, there is the possibility that the particles having a diameter δ of 1 mm or less are arranged on the plane of the electrically conductive ring in the vicinity of the adjacent grounding machine or plant section at the intersection or vertices of a triangular lattice on the ring surface , preferably at the intersections or vertices of a lattice of equilateral triangles, in particular with an edge length or pitch t = τδ, where τ = 1.01 ... 1.5, preferably τ = 1.02 ... 1.2, in particular τ = 1.05 ... 1.1.
Es ist weiterhin erstrebenswert, dass die Partikel mit einem Durchmesser δ von 1 mm oder weniger auf der dem benachbarten, Massepotential führenden Maschinen- oder Anlagenteil zugewandten Ebene des elektrisch leitfähigen Rings im Bereich der Fernordnung in mehreren Gruppen mit jeweils mehreren, vorzugsweise n1 konzentrischen Kreisen mit Radius t, 2t, ..., b – t, b angeordnet sind und/oder auf mehreren, vorzugsweise n2 konzentrischen Kreisen mit Radius α – b; α + b + t, ..., α + b, wobei vorzugsweise n1 = πα/b und/oder n2 = 2b/t „fast” ganze Zahlen sind.It is further desirable that the particles with a diameter δ of 1 mm or less on the adjacent, the ground potential leading machine or equipment part facing plane of the electrically conductive ring in the field of long-range order in several groups, each with a plurality, preferably n 1 concentric circles with radius t, 2t,..., b -t, b are arranged and / or on a plurality, preferably n 2 concentric circles with radius α - b; α + b + t, ..., α + b, where preferably n 1 = πα / b and / or n 2 = 2b / t are "almost" integers.
Mit großem Vorteil umfasst die Quelle des elektrischen, von Massepotential abweichenden Potentials V eine Gleichspannungsquelle. Damit lässt sich ein polares elektrisches Feld hervorrufen, welches auf die Strömungspartikel eine maximale Beschleunigung ausübt. Die Spannungsquelle muss keine Hochspannungsquelle sein. Bevorzugt werden Spannungen unterhalb von 10 kV, beispielsweise unterhalb von 1 kV. Insbesondere unterhalb von 500 V oder Spannungen unterhalb von 200 V oder gar unterhalb von 100 V.The source of the electrical potential V deviating from ground potential advantageously comprises a DC voltage source. This can cause a polar electric field, which exerts maximum acceleration on the flow particles. The voltage source does not have to be a high voltage source. Voltages below 10 kV, for example below 1 kV, are preferred. In particular below 500 V or voltages below 200 V or even below 100 V.
Dem Erfindungsgedanken folgend kann weiterhin vorgesehen sein, dass in der Speiseschaltung zwischen der Quelle des elektrischen, von Massepotential abweichenden Potentials V eine Tunneldiode angeordnet ist. Damit lässt sich u. a. die Spannung an dem Ring – und damit die Stärke des elektrischen Feldes – regeln.Following the idea of the invention, it can further be provided that a tunnel diode is arranged in the supply circuit between the source of the electrical potential V deviating from ground potential. This can u. a. regulate the voltage on the ring - and thus the strength of the electric field.
Die Tunneldiode kann zwischen zwischen wenigstens einem Speiseanschluss des elektrisch leitfähigen Rings und Massepotential geschalten sein, so dass die Potentialdifferenz zwischen dem elektrisch leitfähigen Ring und dem Massepotential an der Tunneldiode anliegt.The tunnel diode can be connected between at least one feed terminal of the electrically conductive ring and ground potential, so that the potential difference between the electrically conductive ring and the ground potential is applied to the tunnel diode.
Die Tunneldiode sollte zwischen einer Spannung U1 und einer Spannung U2 > U1 eine negative Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen, d. h., einen mit steigender Spannung sinkenden Strom. Es gibt demzufolge ein lokales Strom-Maximum im Bereich der unteren Spannung U1 und ein lokales Strom-Minimum im Bereich der oberen Spannung U2 dieses Bereichs.The tunnel diode should have a negative current-voltage characteristic between a voltage U 1 and a voltage U 2 > U 1 , ie a current sinking with increasing voltage. Consequently, there is a local current maximum in the region of the lower voltage U 1 and a local current minimum in the region of the upper voltage U 2 of this region.
Bevorzugt stimmt die untere Spannung U1 oder die obere Spannung U2 > U1, wo der negative Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie endet, mit der von der Gleichspannungsquelle abgegebenen Spannung überein. Damit kann erreicht werden, dass immer nur diejenige Ladungsmenge auf den Ring und die dortigen, mikro- oder nanoskopischen Partikel fließt, welche erforderlich ist, um die Spannung an dem Ring aus elektrisch leitfähigem Material konstant zu halten.Preferably, the lower voltage U 1 or the upper voltage U 2 > U 1 , where the negative curve of the current-voltage characteristic ends, agrees with the voltage delivered by the DC voltage source. It can thus be achieved that only that amount of charge flows to the ring and the local, micro- or nanoscopic particles, which is required in order to keep the voltage on the ring of electrically conductive material constant.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass die maximale Stärke E11 des elektrostatischen Feldes auf seiner Achse und die Ladung q des Induktors mit den Basis-Parametern V, a, b, c, δ, τ durch eines oder mehrere, vorzugsweise alle der folgenden Verhältnisse zusammenhängen:
ε0 die elektrische Konstante ist,
ε >> 1 die relative Dielektrizitätskennzahl der Kondensator-Keramik ist.Finally, it is the teaching of the invention that the maximum strength E 11 of the electrostatic field on its axis and the charge q of the inductor with the basic parameters V, a, b, c, δ, τ by one or more, preferably all of related to the following conditions:
ε 0 is the electrical constant,
ε >> 1 is the relative dielectric constant of the capacitor ceramic.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawing. Hereby shows:
Anwendungsgebiete eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Feld-Generators (EFG) sind die Erzeugung heterogener elektrostatischen Felder hoher Feldstärke; beispielsweise zur Beschleunigung eines Arbeitsstoffes (AS) in energetischen Einrichtungen, zum Beispiel Turbinen. Als AS ist überhitzter Dampf eines polaren Dielektrikums, zum Beispiel H2O, angenommen.Areas of application of an electrostatic field generator (EFG) according to the invention are the generation of heterogeneous electrostatic fields of high field strength; For example, to accelerate a working substance (AS) in energy facilities, such as turbines. As AS superheated vapor of a polar dielectric, for example H 2 O, is assumed.
Die beispielhafte Einrichtung eines EFGs enthält folgende Elemente (die
Der Elektroschaltplan ist in
Alle oben genannte Elemente sind feststehend. Der Turbinenrotor, die Erhitzer ASs und die Thermoisolierung sind auf der
Die Teile des EFGs sind im Hohlraum der Rinne
In der Elektroschaltung werden eine Batterie E1, Widerstände R1, R2 und eine Tunneldiode (TD) aufgenommen. Die
Bauelemente-Werkstoff:
Die Nanosphäre
Die «Fernordnung” der Einordnung von Nanosphären (die
Der Ring
Es muss erwähnt werden, dass vorhandene Methoden eine Herstellung von Nanosphären ([3] Kap. 1) eine enge Verteilung von Teilchen nach Größen nicht erlauben und zur Bildung einer Isolierschicht auf ihrer Oberfläche führen. Das erste Problem kann gelöst werden, indem die Bedingungen der Metall-Verdampfung sich nähern, wenn als „Rohstoff” die Nickel-Folie und als Energieträger der Laser-Strahl eingesetzt werden. Mit anderen Worten, die Nickel-Verdampfung soll in der Umgebung des Laser-Fokus stattfinden, wenn eine dünne Nickelstreife mit eingestellter Geschwindigkeit durch diese Umgebung gezogen wird, und alle Dämpfe, die sich an den abgekühlten Gehäuse-Wänden kondensieren, aus dieser Umgebung entfernt werden.It has to be mentioned that existing methods of nanosphere production ([3] chapter 1) do not allow a narrow particle size distribution and lead to the formation of an insulating layer on its surface. The first problem can be solved by approaching the conditions of metal evaporation, if as a "raw material" the nickel foil and as energy carrier of the laser beam are used. In other words, nickel vaporization is said to take place in the vicinity of the laser focus when a thin nickel strip is pulled through this environment at a set rate, and any vapors condensing on the cooled housing walls are removed from that environment ,
Betrachten wir als Beispiel eine Zusammenstellung des EFGs. Hinsichtlich ihres Durchmessers δ = 30 nm genau ausgewählte n Nanosphären (n = 3,6·1013 Stück) sind systemlos auf der Fläche des Rings
Wir schalten das senkrechte, magnetische Feld ein und beginnen, die absolute Größe des Potentials bis V = +31 V zu erhöhen. Die Nanosphären
Trapezförmiger Schnitt des Keramikrings
Die Eigenkapazität C1 und die Ladung q1 der abgeschiedenen Sphäre, die δ im Durchmesser ist und das Potential V im Medium mit RDK ε hat, sind ([4] S. 359):
Betrachten wir eine beliebige Nanosphäre P (
Dabei ist die Kapazität C1 (3) und die totale Ladung q0 der Nanosphäre durch folgende Gleichungen gegeben:
Diese entsprechen dem „Korrespondenzprinzip”: Die Kapazität C(τ) (6) bei τ → ∞ ist gleich der Kapazität der abgeschiedenen Sphäre C1 (3): C(τ) = C1[(3 + √3)/τ + 1].These correspond to the "correspondence principle": the capacitance C (τ) (6) at τ → ∞ is equal to the capacitance of the separated sphere C 1 (3): C (τ) = C 1 [(3 + √3) / τ + 1].
Zählen wir die Verhältnisse auf, die die Dichte η der freien Ladung auf der Fläche jeder Nanosphäre erhöhen, die nicht weniger als zwei Schritte t von zylindrischen Oberflächen des Rings
- 1. Die Montage-Einheit „Ringrinne” geht auf die erste Position der Fertigungsstraße – zwischen den Magnetpolen. Das senkrechte Magnetfeld
magnetisiert den Ring 3 , der die Nanosphären anzieht. - 2.
Der Ring 3 schließt zu der Quelle des negativen Potentials V an, dabei - 3. werden die Nanosphären von pulsierendem senkrechtem magnetischem Feld absatzweise geschüttelt.
- 4. Die Montage-Einheit wird auf die zweite Position verlegt. Die Keramik-Paste wird unter dem senkrechten Druck in den Hohlraum der Ringrinne gedrückt. Die Paste umströmt die Nanosphären und füllt die Lücken zwischen ihnen entsprechend der verlangten τ = 1,05. Nachdem der Innenraum gefüllt wird, wird die überflüssige Paste abgeschnitten.
- 5. Die Montage-Einheit wird auf die dritte Position – in den Paste-Brennofen – verlegt, entsprechend der Technologie ihrer Polarisation.
- 1. The assembly unit "ring channel" goes to the first position of the production line - between the magnetic poles. The vertical magnetic field magnetizes the
ring 3 that attracts the nanospheres. - 2. The
ring 3 connects to the source of negative potential V, doing so - 3. the nanospheres are shaken intermittently by pulsating vertical magnetic field.
- 4. The assembly unit is moved to the second position. The ceramic paste is pressed under the vertical pressure in the cavity of the annular groove. The paste flows around the nanospheres and fills the gaps between them according to the required τ = 1.05. After the interior is filled, the unnecessary paste is cut off.
- 5. The assembly unit is moved to the third position - in the paste kiln - according to the technology of its polarization.
Die weitere Erhöhung der Größe η0 ist nicht mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden.The further increase in the size η 0 is not associated with an additional energy input.
Die Flächendichte η0 der freien Ladung wird mit der Zunahme der Oberflächenkrümmung H = 2/δ steigen, aber auf den Flächen der inneren Hohlräumen in den Leitern ist η0 = 0 ([2] S. 62; [4] S. 357). Also wird der überwiegende Teil der Leiter-Ladung im Hohlraum des EFGs auf den vom Ring
Bei völlig geladener Nanosphären-Oberfläche ist in dem EFG die durchschnittliche Zahl η0 der Flächendichte der freien Ladung, mit Rücksicht auf Gleichungen (1)–(6) gegeben zu η0 = q0n/S.Given a fully charged nanosphere surface, in the EFG the average number η 0 is the area density of the free charge, given equations (1) - (6) given by η 0 = q 0 n / S.
Da die Oberflächenladungen sich nach oben verschieben (die
Die Dichte der gebundenen Ladung η(P) in einem beliebigen Trennpunkt P der Fläche Π, die das Medium des Arbeitsstoffes von dem Medium des Festdielektrikums trennt, berechnen wir nach folgender Formel ([2] §26) (s. Anhang):
e der Ladungswert der freien Ladung ist;
Θi der Winkel der Lotabweichung des Strahls PQi, der den Punkt P mit dem Zentrum i-Nanosphäre – dem Punkt Qi – verbindet (
i = 1, 2, ... n2 – 1, n2;
c ist die Höhe der Kegel-Familie mit einer gemeinsamen Spitze im Punkt P (gemessen mit Abweichung ±δ/2);
ε1 (= 1) ist die RDK des Arbeitsmediums ASs;
ε (= 150) ist die RDK des Kalziumtitanats CaTiO3.The density of the bound charge η (P) at an arbitrary separation point P of the surface Π, which separates the medium of the working substance from the medium of the solid dielectric, we calculate according to the following formula ([2] §26) (see appendix):
e is the charge value of the free charge;
Θ i is the angle of the perpendicular deviation of the beam PQ i connecting the point P to the center i-nanosphere - the point Q i - (
i = 1, 2, ... n 2 - 1, n 2 ;
c is the height of the cone family with a common peak at point P (measured with ± δ / 2 deviation);
ε 1 (= 1) is the RDK of the working medium ASs;
ε (= 150) is the RDK of the calcium titanate CaTiO 3 .
Ersetzen wir die freie Ladung e durch ihr Differential dq (die
Die Flächendichte η(P) der gebundenen Ladungen in der Spitze P des imaginären Kegels, der sich auf zwei Systeme der konzentrischen Kreise stützt (2), ist durch folgende Integrale gegeben: The area density η (P) of the bound charges in the tip P of the imaginary cone, which is based on two systems of concentric circles (2), is given by the following integrals:
Bei charakteristischen Größen des EFGs – α = 0,25 m; b = 4c = 0,01 m – verhalten sich die Werte des zweiten (unterstrichenen) Integrals und des ersten Integrals in Gleichung (11) wie 0,32:303. Also ist die Größe η der Flächenladungsdichte der gebundenen Ladungen in diesem Fall praktisch unabhängig von der radialen Verschiebung der Kegelspitze; daher kann man den unterstrichenen Ausdruck in (11) unberücksichtigt lassen. Mit Rücksicht auf (10) errhalten wir:
Die gebundene Ladung q des EFGs ist durch die Flächendichte η(P) aus Gleichung (12), multipliziert mit der Fläche S = 4παb der oberen Ebene Π des Polarisators
Ausführliche Berechnungen mit Berücksichtigung der Gleichungen (6) und (7) führen zu einer exakten Formel, welche die starke Abhängigkeit von q(τ) wiederspiegelt:
Als Beispiel soll die Ladung q bei folgenden Parametern des EFGs berechnet werden:
Berechnung der Kapazität C2 ([1] S. 23) und der Ladung q2 des Rings
Beginnend mit der Berechnung der Parameter des AS-Strombeschleunigers führen wir das kartesische Koordinatensystem O1X1X2X3 (die
Die kartesische Komponenten des achssymmetrischen elektrostatischen Feldes sind:
Die Funktion E1(ξ) erreicht bei ξ1 = α/√2 ≡ h0 den Höchstwert E1(ξ1) ≡ E11 und bei ξ0 ≡ H0 den Minimalwert (im Hohlraum des Diffusors) E10.The function E 1 (ξ) reaches at ξ 1 = α / √2 ≡ h 0 the maximum value E 1 (ξ 1 ) ≡ E 11 and at ξ 0 ≡ H 0 the minimum value (in the cavity of the diffuser) E 10 .
Mit den Werten des Beispiels (14) ergibt sich:
Berechnen wir die Geschwindigkeit v1 der Ausströmung des Dampfes aus dem Diffusor mit Rücksicht auf elektrodynamische Faktoren. Für das inhärente Dipolmoment P des Moleküls H2O, die Polarisierbarkeit L und die Total-Dipolmomente Pi in den Feldern E1i (17) gilt ([2] S. 179, [6] Tab. 16, 92):
Die Polarisations-Parameter der Moleküle βi, die Kosinus-Durchschnittswerte vi der Winkel zwischen Vektorrichtungen Pi und Ei ([2] S. 181), und die Potentialenergien der Moleküle Ui in den Feldern Ei bei der Temperatur T1 = 383 K sind:
Der Eintritt des Dampfes EFGs in den Diffusor-Hals mit dem Radius r0 liegt auf der Höhe H0 über der Ebene Π, d. h. auf der Ebene x1 = 0. Die Eintritts-Dampfgeschwindigkeit ist v0 = 100 m/s. Die Masse des Moleküls H2O m = 3·10–26 kg. Die Abströmgeschwindigkeit des Dampfes aus dem Diffusor
Die höchste reduzierte Molekülenergie W1 ist 180 Mal niedriger als die Energie I der Ionisierung des Moleküls H2O:
Deshalb ist die (unzulässige) Ionisierung der Moleküle des EFGs im Diffusor kaum wahrscheinlich.Therefore, the (inadmissible) ionization of the molecules of the EFG in the diffuser is hardly likely.
Somit werden die durch das Feld E geordnet orientierten, neutralen polaren Moleküle ASs von oben in den Bereich der Stärke-Spitzenwerte (BSSW) eingezogen ([4] S. 363) und senkrecht nach unten mit auflaufender Anströmung ASs fortgetragen. Unter den hier betrachteten Bedingungen hat der BSSW die Form einer Dünnschicht-Sphäre mit dem Radius h0 = α/√2, deren Zentrum im Punkt O der Ebene Π (die
Der positive Anwendungseffekt des EFGs ist durch die einzigartig hohe Flächengröße der Nanoteilchen-Raumeinheit bedingt: 108 m2/m3. Dabei ist es notwendig, zu bemerken, dass die GEFs-Montage-Energieintensität hoch ist und die verbrauchbare Kapazität niedrig ist.The positive application effect of the EFG is due to the uniquely high surface area of the nanoparticle space unit: 10 8 m 2 / m 3 . It is necessary to note that the GEFs mounting energy intensity is high and the consumable capacity is low.
Grundlage des Arbeitsprinzips des Elektro-Schaltplans des EFGs ist der Tunnel-Effekt, der darin liegt, dass Elektronen durch die Potentialbarriere des p-n-Übergangs laufen, ohne ihre Kraft zu verändern. Für das Erzeugen des Tunnel-Effektes wird Halbleitermaterial (Germanium, Arsenid Gallium) mit Beimischungen von Fremdatomen in sehr hoher Konzentration (bis 1021 Fremdatomen pro 1 cm3) verwendet, während normalerweise die Konzentration von Beimischungen in Halbleitern 1015 cm–3 nicht übersteigt.The basis of the working principle of the electric circuit diagram of the EFG is the tunneling effect, which is that electrons pass through the potential barrier of the pn junction without changing their force. Semiconductor material (germanium, arsenide gallium) with admixtures of foreign atoms in very high concentration (up to 10 21 impurities per 1 cm 3 ) is used to generate the tunnel effect, while normally the concentration of admixtures in semiconductors does not exceed 10 15 cm -3 ,
Die Halbleiter mit so hohem Fremdstoffgehalt nennt man „entartet”, und ihre Eigenschaften sind sehr nah an den Eigenschaften von Metallen. Die Breite des p-n-Übergangs erweist sich als sehr klein (~0,01 Mikrometer), was zur erheblichen Erhöhung der elektrischen Feldstärke auf dem Übergang (~108 V/m) führt. Bei diesen Verhältnissen gibt es endliche Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron, das sich in die Richtung der sehr engen Barriere bewegt, durch diese Barriere hindurchgeht (wie durch einen „Tunnel”) und den freien Zustand mit gleicher Energie auf der anderen Seite der Barriere-Schicht belegt. Die beschriebene Erscheinung wurde „Tunnel-Effekt” genannt ([5] §5-4).The semiconductors of such high impurity content are called "degenerate" and their properties are very close to the properties of metals. The width of the pn junction turns out to be very small (~ 0.01 micron), resulting in a significant increase in the electric field strength on the junction (~ 10 8 V / m). At these ratios, there is a finite probability that an electron moving in the direction of the very narrow barrier will pass through this barrier (as through a "tunnel") and the free state with equal energy on the other side of the barrier layer busy. The phenomenon described was called "tunnel effect" ([5] §5-4).
Tunnel-Dioden (TD) arbeiten bei Frequenzen bis 1011 Hz. Die Dauer eines Tunnel-Übergangs ist tT~10–13 s.Tunnel diodes (TD) operating at frequencies up to 10 11 Hz. The duration of a tunnel junction is t T ~ 10- 13 s.
Auf der
Die Hauptbesonderheit von SSK ist die folgende: Bei der Durchlassspannung U > U1 wird der Vorwärts-Tunnelstrom bis I– stark sinken und bei U = U2 aufhören. Die Kurve 1, die der elektrischen Durchflutung des p-n-Übergangs entspricht, stimmt bei U ∈ [U2; U3] mit der Kurve 2 des Diffusionsstroms überein. Für den „negativen” Sperrschichtwiderstand des p-n-Übergangs gilt:
Bei geeigneter Wahl der Parameter des Elektro-Schaltplans (
Beispiel:Example:
Die Batteriespannung (
Bei der Herleitung der obigen Zusammenhänge wurden folgende Formeln verwendet (vgl. hierzu auch
Mit der Fläche Π ist das kartesische Koordinatensystem (KKS) Oxyz verbunden, dessen Achse Oz nach unten gerichtet ist und durch die Ladung e läuft, die in den Punkt A gesetzt wurde. Der Anfang des KKSs – der Punkt O – ist vom Punkt A um den Abstand c entfernt. Die Spiegelung des Punktes A liefert den Punkt A', der sich auf der anderen Seite der Fläche Π befindet – im Medium 1.The Cartesian Coordinate System (PPS) Oxyz, whose axis Oz points downwards and passes through the charge e, which has been set to point A, is connected to the surface Π. The beginning of the KKS - the point O - is removed from the point A by the distance c. The reflection of the point A supplies the point A ', which is located on the other side of the surface Π - in the medium 1.
Wir ermitteln das Potential φ2 im Medium 2 als Potential, das von zwei Punktladungen gebildet wird – von der echten Ladung e und von der fiktiven Ladung e', die sich im Punkt A' befindet:
ε0 – die elektrische Konstante ist;
r2 und r1 – die Entfernungen des Beobachtungspunktes P zu den Punkten A bzw. A'.We determine the potential φ 2 in the medium 2 as a potential, which is formed by two point charges - of the real charge e and of the fictitious charge e ', which is located in the point A':
ε 0 - is the electrical constant;
r 2 and r 1 - the distances of the observation point P to the points A and A '.
Als Potential φ1 im Medium 1 ermitteln wir als Potential, das von der fiktiven Ladung e'' gebildet wird, die sich im Punkt A befindet:
Auf der Grenzfläche Π sind die folgenden Voraussetzungen erfüllt:
Einsetzen der Ausdrucke (1)*–(2)* in die zwei letzten Gleichungen (3*), (4*) liefert:
Einbeziehung der ersten Gleichung (3*) und (4*) mit folgenden Kürzungen der Gleichungen (5*) führen zu dem folgenden Gleichungssystem:
Einsetzen von (7*) in die Gleichungen (1*)–(2*) resultiert in folgenden Formeln für die Potentiale φ1 und φ2:
Die Positionen der Geraden AP und A'P bestimmen sich durch die Länge des horizontalen Vektors OP = r1,2·sinθ und durch den Drehwinkel dieses Vektors um die Achse Oz. Die Grenzlage OP' dieses Vektors entspricht der Achse Ox und kennzeichnet sich durch die Gleichung r1 y ⊥ 0 = – r2 y ⊥ 0 The positions of the straight lines AP and A'P are determined by the length of the horizontal vector OP = r 1.2 · sinθ and by the angle of rotation of this vector about the axis Oz. The limit position OP 'of this vector corresponds to the axis Ox and is characterized by the equation r 1 y ⊥ 0 = - r 2 y ⊥ 0
Normalkomponenten Ein der Kraftvektoren mit Rücksicht auf (4*), sind: wobei, ähnlich der ersten Gleichung (4*), der formale Änderungssatz 1/ri eingeführt wird:
Beim Fehlen freier Ladungen auf der Fläche Π wird die Flächendichte η(P) der gebundenen Ladungen im Punkt P der Fläche Π mit dem Sprung der Normalkomponente des Polarisationsvektors Pi = –Eiε0(εi – 1); i = 1,2 ([1] §7 [2] §21) bestimmt:
Im Patentanspruch auf EFG wird folgendes angenommen:
Als Medium 1 – Dampf H2O; RDK: ε1 = 1;
als Medium 2 – CaTiO3; ε2 ≡ ε >> 1,
dadurch entfällt der zweite Summand in der eckigen Klammern der Gleichung (13)*.In the claim to EFG the following is accepted:
As medium 1 - steam H 2 O; RDK: ε 1 = 1;
as medium 2 - CaTiO 3 ; ε 2 ≡ ε >> 1,
this eliminates the second addend in the square brackets of equation (13) *.
Einsetzen (11)* in (13)* resultiert: Insert (11) * in (13) * results in:
Durch einfache Umformungen in der Gleichung (14*), mit Rücksicht auf die letzte Gleichung (4*), kommen wir zum endgültigen Ausdruck η(P), der im Gauß-Einheitssystem ([2] §26) und im SI-System identisch aussieht:
Literaturliterature
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- – A. I. Gusev, A. A. Rempel. Nanokristallische Stoffe. Fismatlit, Moskau, 2001.- A.I. Gusev, A.A. Rempel. Nanocrystalline substances. Fismatlite, Moscow, 2001.
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- – A. A. Rovdel, A. M. Ponomareva. Handbuch physikalisch-chemischen Werte. „Chemie”. Leningrad, 1983A. A. Rovdel, A. M. Ponomareva. Manual physicochemical values. "Chemistry". Leningrad, 1983
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- II
- Diffusordiffuser
- IIII
- DurchflussverteilerFlow Distribution
- IIIIII
- Ringrinnering groove
- IVIV
- Strömungsleitanordnungflow directing
- VV
- Strömungssystemflow system
- VIVI
- Geschwindigkeitssensorspeed sensor
- 11
- Partikelparticle
- 22
- Polarisatorpolarizer
- 33
- elektrisch leitfähiger Ringelectrically conductive ring
- 44
- Stift, NadelPen, needle
- 55
- Isolatorinsulator
- 66
- Isolatorinsulator
- 77
- Isolatorinsulator
- 88th
- Isolatorinsulator
- 99
- Isolatorinsulator
- PP
- Partikelparticle
- Partikelparticle
- ΠΠ
- Ebenelevel
Claims (22)
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- 2014-06-18 DE DE102014008721.2A patent/DE102014008721B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: KUECHLER, STEFAN T., DIPL.-ING. (UNIV.), DE |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |