Die drahtlose und effiziente Übertragung von elektrischer Energie über viele tausend Kilometer hinweg wäre ein Meilenstein in der elektrischen Energietechnik und hätte das Potenzial, die Energie aus Energiereservoirs in entlegenen Gegenden an den Ort zu bringen, an dem sie in großen Mengen verbraucht wird. Um diesem Meilenstein ein wenig näher zu kommen, evaluiert die Arbeit die drahtlose Übertragung von elektrischer Energie durch relativistische Elektronenstrahlen in der Erdatmosphäre.
Die Interaktionen von Elektronen mit Gasteilchen bilden die Grundlage zur Beschreibung der atmosphärischen Dämpfung von Elektronenstrahlen. Durch geeignete charakteristische Größen werden die Elektronenstrahlen beschrieben. Die Erdatmosphäre wird auf Basis eines idealen Gases modelliert, um Atmosphärenparameter abhängig von der Höhe über Meeresniveau berechnen zu können. Um die Dämpfung eines Elektronenstrahls in der Erdatmosphäre zu beschreiben, werden zwei Modelle entwickelt und in Matlab implementiert.
Das Worst Case Modell nimmt an, dass ein mit einem Gasteilchen interagierendes Elektron für die Übertragung verloren ist. Das Energieverlustmodell betrachtet den differentiellen Energieverlust der Elektronen je Wegstrecke. Beide Modelle kommen zu dem Ergebnis, dass eine hocheffiziente Übertragung, die mit konventionellen Übertragungsmethoden konkurrieren kann, nur in sehr großen Höhen möglich ist. Jedoch kann in entsprechenden Höhen auch eine Übertragung realisiert werden, die bei vernachlässigbaren Verlusten sehr große Entfernungen von mehreren tausend Kilometern überwindet.
Das ist möglich, da der Wirkungsgrad der Elektronenstrahlübertragung nicht proportional von der Übertragungsdistanz abhängt, wie es bei konventionellen Übertragungsmethoden der Fall ist. Die Übertragung elektrischer Energie durch Elektronenstrahlen eröffnet viele neue Möglichkeiten, birgt jedoch auch große Herausforderungen. Die elektrische Energie für die Übertragung in große Höhen zu bringen und effiziente Sende- und Empfangsanalgen für den Elektronenstrahl zu entwickeln, könnte sich möglicherweise als problematisch erweisen.
Inhaltsverzeichnis
- ANHANGSVERZEICHNIS
- ABBILDUNGSVERZEICHNIS
- ABKÜRZUNGEN UND DEFINITIONEN
- SYMBOLE
- FORMELZEICHEN
- KONSTANTEN
- UMRECHNUNGEN
- EINFÜHRUNG
- AUFGABENSTELLUNG
- STAND VON WISSENSCHAFT UND TECHNIK
- PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN
- INTERAKTIONEN VON ELEKTRONEN MIT GASATMOSPHÄREN
- Anregung
- Ionisation
- Röntgenbremsstrahlung
- Rutherford-Streuung und Mott-Streuung
- WEITERE INTERAKTIONEN
- Elektron-Elektron-Interaktionen
- Einfluss des Erdmagnetfeldes
- BESCHREIBUNG RELATIVISTISCHER ELEKTRONENSTRAHLEN
- Charakteristische Parameter eines Elektronenstrahls
- Relativistik von Elektronenstrahlen
- WIRKUNGSQUERSCHNITT
- BREMSVERMÖGEN
- INTERAKTIONEN VON ELEKTRONEN MIT GASATMOSPHÄREN
- THERMODYNAMISCHE MODELLIERUNG DER ERDATMOSPHÄRE
- ZUSAMMENSETZUNG DER LUFT
- LUFTTEMPERATURPROFIL DER ERDATMOSPHÄRE
- LUFTDRUCKPROFIL DER ERDATMOSPHÄRE
- GASTEILCHENDICHTEPROFIL DER LUFT IN DER ERDATMOSPHÄRE
- MASSENDICHTEPROFIL DER LUFT IN DER ERDATMOSPHÄRE
- WORST CASE MODELL ATMOSPHÄRISCHER DÄMPFUNG VON RELATIVISTISCHEN ELEKTRONENSTRAHLEN
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Studienarbeit ist die Evaluierung der drahtlosen Übertragung von elektrischer Energie durch relativistische Elektronenstrahlen in der Erdatmosphäre. Die Arbeit befasst sich mit den Interaktionen von Elektronen mit Gasteilchen in der Atmosphäre und untersucht die Dämpfungseffekte von Elektronenstrahlen.
- Modellierung der Dämpfungscharakteristik von relativistischen Elektronenstrahlen in der Erdatmosphäre
- Bewertung der Effizienz der drahtlosen Energieübertragung durch Elektronenstrahlen
- Analyse des Einflusses von Atmosphärenparametern auf die Dämpfung von Elektronenstrahlen
- Entwicklung von Modellen zur Beschreibung der Energieverluste von Elektronenstrahlen in der Atmosphäre
- Untersuchung der Herausforderungen und Möglichkeiten der drahtlosen Energieübertragung durch Elektronenstrahlen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der drahtlosen Energieübertragung und stellt die wissenschaftlichen Grundlagen der Interaktionen von Elektronen mit Gasatomen in der Atmosphäre dar. Es werden verschiedene Modelle zur Beschreibung der Dämpfungseffekte von Elektronenstrahlen in der Atmosphäre entwickelt und implementiert. Die Arbeit betrachtet die thermische Modellierung der Erdatmosphäre und analysiert die Auswirkungen von Atmosphärenparametern auf die Dämpfung von Elektronenstrahlen.
Schlüsselwörter
Die Arbeit fokussiert sich auf die Modellierung der Dämpfungscharakteristik von relativistischen Elektronenstrahlen in der Erdatmosphäre zur elektrischen Energieübertragung. Zu den wichtigsten Themen gehören die Interaktionen von Elektronen mit Gasatomen, die Modellierung der Erdatmosphäre, die Berechnung von Atmosphärenparametern und die Entwicklung von Modellen zur Beschreibung der Energieverluste von Elektronenstrahlen.
- Quote paper
- Silas Merlin Gerhard (Author), 2021, Modellierung der Dämpfungscharakteristik von relativistischen Elektronenstrahlen in der Erdatmosphäre zur elektrischen Energieübertragung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1160388
