DE3541084A1 - Device or method for generating a varying Casimir-analogous force and liberating usable energy - Google Patents
Device or method for generating a varying Casimir-analogous force and liberating usable energyInfo
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Abstract
Description
Nach Meinung des "gesunden Menschenverstandes" wirken zwischen unmagnetischen, ungeladenen, parallelen Metallplatten keine Kräfte außer der Gravitation. Bringt man zwei parallele, gut reflektierende Platten ins Vacuum, sollte keine Wirkung feststellbar sein.In the opinion of "common sense" act between non-magnetic, uncharged, parallel metal plates no forces except gravity. Bring two parallel, well reflecting plates into the vacuum, no effect should be ascertainable.
Schon 1948 machte der Mitarbeiter des Philips-Zentrallaboratoriums in Eindhoven, Hendrik B. CASIMIR, jedoch die Vorhersage, daß auf Grund der Temperaturstrahlung dieser Platten eine Kraft entstehen soll: Der kurzwellige Teil des Spektrums der thermischen Eigenstrahlung dieser Platten kann zwischen den Platten (Abstand in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes, also einige Mikrometer oder weniger) und im Außenraum gleichermaßen stabile Wellenzustände etablieren, während der längerwellige Teil des Spektrums hauptsächlich im Außenraum stabile Wellenzustände bildet (siehe zur guten und verständlichen Erklärung des Casimir-Effektes: "Das Vacuum aus moderner Sicht" von Prof. Timothy H. Boyer in "Spektrum der Wissenschaft", Ausgabe Oktober 1985 Seiten 114ff). Der Strahlungsdruck, der von den kürzeren Wellenlängen herrührt, kompensiert sich somit auf beiden Seiten jeder Platte, während der längerwellige Teil des Spektrums nur auf die Außenseiten wirkt und somit einen resultierenden, nicht kompensierten Strahlungsdruck erzeugt, der die Platten zusammendrückt.As early as 1948, the employee of the Philips central laboratory in Eindhoven, Hendrik B. CASIMIR, however the prediction that due to the Thermal radiation of these plates should generate a force: the short-wave part of the spectrum of the thermal radiation of this Plates can be between the plates (distance on the order of Wavelength of light, i.e. a few micrometers or less) and im Establish stable wave conditions equally during the outdoor space longer-wave part of the spectrum mainly stable outdoors Wave states (see the good and understandable explanation of the Casimir effect: "The vacuum from a modern perspective" by Prof. Timothy H. Boyer in "Spectrum of Science", October 1985 edition 114ff). The radiation pressure resulting from the shorter wavelengths thus compensates itself on both sides of each plate during the longer-wave part of the spectrum only affects the outside and thus generates a resulting, uncompensated radiation pressure that squeezing the plates together.
Auch nahe dem absoluten Nullpunkt der Temperatur (wo es kaum noch thermische Eigenstrahlung gibt) verschwindet die Kraft zwischen den Platten überraschenderweise nicht, wie zuerst der holländische Physiker Sparnaay bei seinen Messungen 1958 feststellen konnte. Es bleibt vielmehr eine Kraft übrig, deren Betrag unabhängig von der Temperatur, aber proportional zur Plattenfläche und zum Kehrwert der vierten Potenz des Abstandes der Platten ist. Das Spektrum der diesen Teil der Casimir- Kraft freisetzenden Strahlung kann leicht durch Differentiation der Kraft gewonnen werden: Es ergibt sich eine Energieverteilung die proportional zur dritten Potenz der Frequenz ist, als Proportionalitätsfaktor tritt das halbe Planck'sche Wirkungsquantum auf. Also close to the absolute zero of the temperature (where there is hardly any thermal radiation there) the force disappears between the Surprisingly not records like the Dutch physicist first Sparnaay was able to determine during his measurements in 1958. It stays rather a force is left, the amount of which is independent of the temperature, but proportional to the plate area and the reciprocal of the fourth power the distance between the plates. The spectrum of this part of the Casimir Force releasing radiation can be easily differentiated by Power is gained: there is an energy distribution that is proportional to the third power of the frequency, as a proportionality factor half of Planck's quantum of action occurs.
Die Meßergebnisse wurden von Quantenphysikern dahingehend gedeutet, daß das Vacuum von zufällig entstehenden und wieder verschwindenden Paketen einer Energie/Strahlung durchsetzt wird (oder gar daraus besteht), die zumindest partiell Eigenschaften der elektromagnetischen Energie besitzt. Diese Vacuumenergie heißt in der einschlägigen Literatur Nullpunktstrahlung (weil auch am absoluten Nullpunkt der Temperatur präsent), zero-point-radiation, virtuelle Energie o. ä. Hervorzuheben ist, daß die Dichte dieser Energie auf Grund der Art des Spektrums (proportional zur dritten Potenz der Frequenz, für die es keine Obergrenze gibt) unendlich groß ist. Der Casimir-Effekt zeigt weiterhin, daß die Quantentheorie fundamentale Naturweisheiten beinhaltet, deren Tragweite wir heute nur unvollständig erfaßt haben. Das Auftreten des halben Plack'schen Wirkungsquantums als Proportionalitätsfaktor belegt dies. Die Deutung physikalischer Vorgänge mittels der Relativitätstheorie ist hingegen, obwohl häufig richtige Rechenergebnisse herauskommen, abzulehnen, da die Relativitätstheorie in unrichtiger Weise vom Postulat des leeren Vacuums ausgeht. Der Autor dieser Schrift meint, daß es zum besseren Verständnis der Natur der unendlichen Energie des Raumes völlig neuer Denkansätze bedarf, die auf der Grundlage der Quantentheorie und empirisch festgestellter Effekte, inclusive bisher totgeschwiegener Entdeckungen von wissenschaftlichen Außenseitern, basieren müssen. Ein Verzicht auf die dogmatische Verteilung bisheriger überholter Theorien wäre dafür hilfreich.The measurement results were interpreted by quantum physicists to the effect that the vacuum of randomly emerging and disappearing packages an energy / radiation is penetrated (or even consists of) that at least partially properties of electromagnetic energy owns. This vacuum energy is called in the relevant literature Zero point radiation (because also at the absolute zero point of the temperature present), zero point radiation, virtual energy or similar is that the density of this energy is due to the nature of the spectrum (proportional to the third power of the frequency for which there is no Upper limit there) is infinitely large. The Casimir effect continues to show that quantum theory contains fundamental natural wisdoms whose We have only partially grasped the scope today. The appearance of the half Plack's quantum of effect as a proportionality factor this. The interpretation of physical processes by means of The theory of relativity, on the other hand, is often correct calculation results come out to reject it because the relativity theory is incorrect Starting out from the postulate of empty vacuums. The author of this typeface thinks it is for better understanding of the nature of infinite energy of space needs completely new approaches, which are based on the Quantum theory and empirically determined effects, including so far hidden discoveries by scientific outsiders, have to be based. An abandonment of dogmatic distribution Outdated theories to date would be helpful.
Der Casimir-Effekt wurde bisher lediglich statisch untersucht und als Kuriosität behandelt; die wahre Bedeutung nicht erkannt. Es ist das Wesen und Ziel dieser Erfindung, Methoden anzugeben, die Casimir-Kraft einer zeitlichen Schwankung zu unterwerfen und damit die virtuelle Energie freizusetzen; die Fluktuationen des Vacuums nutzbar zu machen. The Casimir effect has so far only been examined statically and as Treated oddity; the true meaning not recognized. It is that The essence and aim of this invention to specify methods, the Casimir force subject to a temporal fluctuation and thus the virtual Release energy; to make the fluctuations of the vacuum usable.
Da die Casimir-Kraft von der Ausbildung von stehwellenartigen Strahlungs-/ Energieverteilungen bzw. Wellenformationen zwischen und um den Platten bzw. reflektierenden Flächen abhängt, ist es Ziel der Erfindung, das Schema dieser Wellenstrukturen zu beeinflussen und so den resultierenden Strahlungsdruck auf die Flächen Schwankungen zu unterwerfen. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise geschehen, indemBecause the Casimir force from the formation of standing wave-like Radiation / energy distributions or wave formations between and around depends on the plates or reflecting surfaces, it is the goal of Invention to influence the scheme of these wave structures and so the resulting radiation pressure on the surface fluctuations subject. According to the invention, this can be done, for example, by
- - die Platten eine Eigenschaft "schaltbarer bzw. steuerbarer Spiegel" besitzten (ohne/mit weniger Reflektion keine/geringere Kraftwirkungen);- the plates have a property of "switchable or controllable mirror" possessed (without / with less reflection no / less power effects);
- - die Platten veränderliches Absorptionsverhalten aufweisen, wodurch die übertragenen Impulse verändert werden;- The plates have variable absorption behavior, whereby the transmitted impulses are changed;
- - der Abstand der Platten für Strahlung bei gleichbleibendem mechanischen Abstand verändert wird, weil sich die dielektrischen oder magnetischen Eigenschaften von Material zwischen oder um den Platten ändern (andere Wellenlänge bei gleicher Frequenz wegen veränderter Ausbreitungsgeschwindigkeit);- The distance of the plates for radiation with the same mechanical distance is changed because the dielectric or magnetic properties of material between or around the plates change (different wavelength at the same frequency due to changed Propagation speed);
- - die Platten, beispielsweise wegen anisotroper Gitterung, vorzugsweise definiert polarisierte Strahlung/Energie reflektieren und stabile Wellenformationen sich besonders bei einer bestimmten Phasendrehung zwischen den Platten ausbilden und die Phasendrehung geeignet beeinflußt bzw. verändert wird (siehe bekannte Effekte, die das Polarisationsverhalten von Medien ändern wie Faraday/Kerr/Neugebauer- und andere elektro/magnetooptische Effekte);- The plates, for example because of anisotropic lattice, preferably defines polarized radiation / reflect energy and stable Wave formations occur especially at a certain phase shift form between the plates and suitably influences the phase rotation or is changed (see known effects that the Media polarization behavior change like Faraday / Kerr / Neugebauer- and other electro / magneto-optical effects);
- - sich Material um/zwischen//an den Platten befindet, das sonstige, beispielsweise frequenzabhängige, variable Filter- bzw. Transmissionseigenschaften für Strahlung besitzt.- there is material around / between // on the plates, the other, for example frequency-dependent, variable filter or transmission properties for radiation.
Die variierende Kraft soll über geeignete Wandler nutzbare Energie freisetzen. Wegen der kleinen Wege und hohen Kräfte bietet sich der Einsatz von piezoelektrischen Wandlern, insbesondere Quarz oder Bariumtitanat, zwischen oder an den Platten an. The varying force should be usable energy via suitable converters release. Because of the small distances and high forces, the Use of piezoelectric transducers, in particular quartz or Barium titanate, between or on the plates.
Eine Verwendung von elektrodynamischen Systemen oder sonstigen bekannten Methoden kann aber, beispielsweise unter Berücksichtigung eines höheren Wirkungsgrades, ebenfalls angebracht sein.Use of electrodynamic systems or other known ones Methods can, however, for example, taking into account a higher Efficiency, also be appropriate.
Es ist für ein Zustandekommen des erfindungsgemäßen Effektes nicht wesentlich, daß die "Platten" tatsächlich Metallplatten sind. Sonstige geeignete aktive Schichten/Zonen/Flächen, wie beispielsweise verschiebbare Ladungsträgerzonen oder feine Gitter (Kristalle o. ä.) sind prinzipiell ebenfalls geeignet, sofern sie nur die Reflektion/ Absorption von Strahlung beeinflussen.It is not for the effect according to the invention to come about essential that the "plates" are actually metal plates. Other suitable active layers / zones / areas, such as displaceable charge carrier zones or fine grids (crystals or similar) in principle also suitable, provided that they only reflect / Affect absorption of radiation.
Es ist wesentlich, den mittleren Abstand der aktiven Schichten möglichst klein zu wählen, da die Zyklusenergie mit dem Kehrwert der dritten Potenz des Abstandes steigt. Die Frequenz soll möglichst hoch sein. Beispielsweise kann bei einem Abstand von 15 Nanometern und einer Arbeitsfrequenz von 200 kHZ mit einer Leistung von 1 Watt/cm2 gerechnet werden.It is essential to choose the mean distance of the active layers as small as possible, since the cycle energy increases with the reciprocal of the third power of the distance. The frequency should be as high as possible. For example, a power of 1 watt / cm 2 can be expected at a distance of 15 nanometers and a working frequency of 200 kHz.
Die vorigen Überlegungen münden in den speziellen Vorschlag einer Ausformung der Erfindung, die in Struktur und Fertigungstechnologie heutigen Halbleiterbauelementen (MOSFET) ähnelt: Ein geeignet dotierter Siliziumblock wird oberflächenoxidiert, so eine Schicht Quarz erzeugt, die später als piezoelektrischer Wandler arbeitet. Auf den Quarz wird eine Epitaxie aus weiterem Silizium aufgedampft und geeignet dotiert. Über angelegte Elektroden oder sonstige äußere Felder werden, ähnlich wie in einem MOSFET, Ladungsträgerzonen im Wesentlichen parallel zur Quarzschicht verschoben. Die periodische Wiederholung dieses Vorganges simuliert eine ständige Änderung des Abstandes der reflektierenden Ladungsträgerzonen und bewirkt damit eine Variation der die Quarzschicht komprimierenden Kraft. Die erzeugte elektrische Energie wird durch das Halbleitersubstrat abgeleitet.The previous considerations culminate in the special proposal of a Formation of the invention in structure and manufacturing technology Today's semiconductor components (MOSFET) resemble: A suitably doped Silicon block is surface oxidized, so a layer of quartz is created, which later works as a piezoelectric transducer. On the quartz an epitaxy of additional silicon is deposited and appropriately doped. About applied electrodes or other external fields are similar As in a MOSFET, charge carrier zones are essentially parallel to the Quartz layer shifted. The periodic repetition of this process simulates a constant change in the distance of the reflective Charge carrier zones and thus causes a variation of the quartz layer compressive force. The electrical energy generated by the Semiconductor substrate derived.
Zur Erzielung größerer relativer Wegänderungen und damit höherer Energiebeträge pro Zyklus des Wandlers kann es wegen der geringen Kompressibilität von Quarz sinnvoll sein, den Wandler nicht zwischen den aktiven Flächen, sondern im Außenraum zu positionieren.To achieve larger relative path changes and thus higher ones The amount of energy per cycle of the converter can be low Compressibility of quartz may be useful, not the converter between the active areas, but to position them outdoors.
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