Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensator

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Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensator

Neuer Beitragvon Insectranger am Montag 15. Januar 2018, 11:06

Hallo Leute,

ich bin in der Heizungsbranche tätig und verfolge eine Idee, um den Kalk im Leitungswasser zu minimieren.
Dazu habe ich eine Aufgabe, bei der mir meine Lösung relativ unwahrscheinlich vorkommt.
Ich muss die Ablenkung - y - eines im Wasser gelösten Ca-Ions im Plattenkondensator ohne Berücksichtigung dessen Mobilität im Wasser berechnen.
Also die Ablenkung im elektrischen Querfeld.

Gegeben ist:
e ; Elementarladung = 1,6022x 10-19
UK; Spannung am Kondensator = 24 V
vL ; Geschwindigkeit der Lösung und damit des Ions zwischen den Platten = 30 m/s
me; Masse des Ions Calzium = 40,078x10-27 kg
x; Weg durch den Plattenkondensator = 0,90 m
d: Abstand der Platten im Kondensator = 0,015 m ( 1,5 cm)

Ich berechne das jetzt nach der Formel

e U
y = ---------------- x2
2 m v2 d

und komme dabei auf:

38,0983 10-19
y = ----------------------- 0,92
1082,106 10-27

y = 3.520.754,898 x 0,81

y = 2.851.811,467

(Die hoch und tief gestellten Zeichen lassen sich nicht so gut darstellen)

Da das in m gerechnet ist, würde das bedeuten, dass das Ion am Ende des Plattenkondensators bereits 2.851 Kilometer zur Seite gewandert wäre, was ja nicht geht, weil die Platten ja nur 1,5 cm auseinander sind.

Das kann irgendwie nicht sein. Es würde ja auch bedeuten, dass das Ion durch das elektrische Feld schon auf den ersten mm seines Weges zwischen den zwei Platten hindurch über 3.168 m abgelenkt würde.

Wo liegt mein Rechenfehler?
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon BernhardS am Montag 15. Januar 2018, 12:16

Ohne daß ich jetzt genau hingeschaut hätte: was sind das für Zahlen? Die für Vakuum?

Ganz allgemein würde ich erst mal den tatsächlichen Sachverhalt aufnehmen, bevor ich mich an Rechenkunststückchen mache. Elektrisch betrachtet gibt keine zugänglichen Ca++ Ionen im Wasser. Das Ion selbst mag es geben, es ist jedoch von einer Hydratisationshülle umgeben. Das Wassermolekül ist ja gewinkelt, wobei es zwischen O und H einen Ladungsunterschied gibt. Dieser bewirkt, daß ein Ion mit einer Gruppe von Wassermolekülen umhüllt ist. Bei der Ladungsdichte des Ca++ darf man ruhig zwei Hüllen ansetzen. Das resultierende Ding ist das, was Du mit einem elektrostatischen Feld eventuell erreichen könntest. Ob es sich auch in Bewegung setzen lässt, wäre ein anderes Thema.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Montag 15. Januar 2018, 14:07

Die Zahlen entsprechen den tatsächlichen Gegebenheiten.
Die Elementarladung e, die in der Formel erforderlich ist, ist eine Konstante.
Die Masse des Ca-Ions ist ebenfalls in der Chemie definiert.
Alle anderen Werte haben nicht´s mit Vakuum zu tun.

Ca Ionen liegen im Wasser gelöst vor und ja, sind von einer Hydrathülle umgeben. Deshalb werden Sie aber trotzdem durch ein elektrisches Feld entsprechend abgelenkt und schleppen Ihre Hydrathülle mit. Normalerweise bildet sich eine räumlich ausgeglichene Hydrathylle um das Ion. Wenn es hingegen durch ein elektrisches Feld beschleunigt wird, verschiebt sich die Hydrathülle nach einer Seite.

Das ist die chemische Theorie von gelösten Ionen im elektrischen Feld.

Die Frage für mich ist, ob meine Ausgangsformel überhaupt richtig ist.
Vielleicht bin ich auch zu doof Potenzen zu rechnen.

Es gibt auch andere Formeln, aber die beziehen in der Regel eine Beschleunigungsspannung für die Anfangsgeschwindigkeit der Ionen in x-Richtung (parallel zur Plattenausrichtung) mit ein um den Geschwindigkeitsfaktor in der Formel zu berücksichtigen. Das habe ich hier aber nicht, weil die Geschwindigkeit durch die Fluidgeschwindigkeit vorgegeben ist.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon BernhardS am Montag 15. Januar 2018, 14:48

Bevor ich mich ernsthaft dransetze: Wo ist der Ionenradius und wo ist die Viskosität des Wassers? Und: Ist 30m/s nicht ein wenig reichlich?

Scherz: Und wo finde ich die Unterlagen, als ich das vor über 40 Jahren gelernt habe?
Zuletzt geändert von BernhardS am Montag 15. Januar 2018, 14:52, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Montag 15. Januar 2018, 15:32

Ja, da ist doch schon mal ein Fehler,
Ich dachte ich bin da mal noch konservativ und runde mit der Geschwindigkeit ab, denn wenn ich 2000 Liter/Stunde durch eine 1/2 Zoll Leitung (ID ca. 1,5 cm) pumpe, komme ich dann auf etwas über 3,... m/s.
Ich lasse also mal die Nachkommastellen weg und setze gleich mal das Komme eins nach rechts, Upps.
Also da rechnen wir mal lieber mit 3 m/s statt mit 30 m/s.
Aber eine Zehnerpotenz macht am Ergebnis der Rechnerei nicht wirklich was aus.

Ionenradius von Ca++ ist 0,099 nm, wie groß das Teil dann mit Hydrathylle ist.... keine Ahnung... eben bissl größer. Ein H20 Molekül hat 0,28nm. Packen wir eins vorn und eins hinten drann dann könnte der Durchmesser des Ions mit Hydrathülle so um die 0,66 nm sein.
Also so mal rein theoretisch.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon winnman am Montag 15. Januar 2018, 17:19

wenn das nicht hochreines Wasser ist wird das auch mit den 24V nichts, das wird eine hervorragende Elektrolyseanlage und du produzierst Knallgas.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Montag 15. Januar 2018, 17:27

Nicht, wenn die Kondensatorplatten elektrisch isoliert sind. Da habe ich dann Platten und als Dielektrikum dazwischen die Plattenisolierungen und das Fluid.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon anders am Montag 15. Januar 2018, 20:58

UK; Spannung am Kondensator = 24 V
...
d: Abstand der Platten im Kondensator = 0,015 m ( 1,5 cm)
Bei einer Feldstärke von 16V/cm ist ein Ergebnis von "3,... m/s" sicher um Größenordnungen zu hoch.
Bei praktikablen Feldstärken sind das in wässeriger Lösung bestenfalls wenige Millimeter pro Sekunde.

Wenns wichtig ist, kann ich mal nachsehen, ob ich Meßwerte finde, aber die entsprechenden Bücher sind auch bei mir seit Äonen im Keller.



wenn das nicht hochreines Wasser ist
Wenns aber hochreines Wasser ist, ist kein Calcium drin. :mrgreen:

Bevor ich mich ernsthaft dransetze: Wo ist der Ionenradius und wo ist die Viskosität des Wassers?
...und die Dielekrizitätskonstante.
Zuletzt geändert von anders am Montag 15. Januar 2018, 21:02, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon anders am Montag 15. Januar 2018, 22:57

So, jetzt habe ich mich daran erinnert, dass ich vor einiger Zeit noch zwei Bände Kohlrausch (leider sehr jung: Leipzig 1951) auf dem Flohmarkt erstanden hatte, und diese kürzlich noch im Bücherschrank gesehen habe.
Musste also nicht in den Keller. :-)
Und schwuppdiwupp, da steht für die Ionenbeweglichkeit des Ca-Ions in Wasser von 18°C der Wert
l = 51 cm²/(Ohm * Mol) (Für Na:43,5 , für Cl:65,5)
Wenn man da noch das Mol und das Ohm rausbringt, landet man über die Faraday-Konstante (ca 10^5) bei etwa 5,3*10^-4 (cm/s) / (V/cm)

Bei deinen 16V/cm bewegen sich die Ca-Ionen also gerade mal mit 0,085 mm/s


...übrigens hat man schon Ende er 1920-er Jahre elektrolytische Leitfähigkeiten auch mit Hochspannungsimpulsen von 260kV/cm untersucht.
Da würden sich deine Ionen schon mit ca 1,4m/s bewegen, aber da diese Impulse nur 1,5µs lang waren, bleibt auch da die Bewegung im µm-Bereich. 8)
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Dienstag 16. Januar 2018, 09:09

Also ich verstehe zwei Dinge nicht in Deinen Erläuterungen.

1. Wie bekommst Du bei Deiner Berechnung die Einheit von cm2 über dem Bruchstrich dann einmal über und einmal unter den Bruchstrich.
Die Einheit von Beweglichkeit ist cm2/Ohm mol. Für Ohm kann man auch V/A schreiben. Die Einheit der Faraday-Konstante ist As/mol. Wenn man diese beiden Dividiert, dann bleibt doch cm2 übern Bruchstrich.

2. Deine Berechnung würde auch bedeuten, dass je größer die Feldstärke (V/cm) ist, desto kleiner ist der Weg der zurück gelegt wird. Das kann doch irgenwie nicht stimmen. Der zurück gelegte weg müßte eigentlich größer werden. Der Weg würde nur kleiner, wenn die Geschwindigkeit des Ions rechtwinklig zum eFeld und seine Masse größer wird.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Dienstag 16. Januar 2018, 09:21

anders hat geschrieben:
UK; Spannung am Kondensator = 24 V
...
d: Abstand der Platten im Kondensator = 0,015 m ( 1,5 cm)
Bei einer Feldstärke von 16V/cm ist ein Ergebnis von "3,... m/s" sicher um Größenordnungen zu hoch.
Bei praktikablen Feldstärken sind das in wässeriger Lösung bestenfalls wenige Millimeter pro Sekunde.


3 m/s ist nicht die Geschwindigkeit der Ionen im Wasser, sondern mit dem Wasser, welches zwischen den Kondensatorplatten durchfließt.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon BernhardS am Dienstag 16. Januar 2018, 12:09

Paar Mißverständnisse gehören halt dazu.

Aber nun mal im Ernst: Was soll das mal werden? Du glaubst doch hoffentlich nicht, daß man irgendwelche Ionen einfach mal so beiseite ziehen kann. Mal ganz abgesehen davon, daß man ja alle Kationen irgendwohin ziehen würde und nicht nur die, an denen einem gerade gelegen ist. Falls doch, dann braucht man auch eine Vorstellung was dann mit diesen Ionen geschehen soll.

Es gibt ja zum Beispiel die Elektroentsalzung. Da arbeitet man mit selektiv durchlässigen Membranen und einer Spülflüssigkeit, die die herausgefischten Ionen abtransportiert.

Womit ich auch mal ganz kurz gearbeitet hatte, das war eine elektrische Abtrennung von Schwermetallionen. Die mussten aber auch durch eine Membran, wurden danach elektrolytisch abgeschieden. Geht natürlich mit Ca nicht, aber mit Metallen die in der Spannungsreihe ein wenig weiter oben stehen durchaus. Bekam man dann eine schwammig belegte Elektrode, die man nicht so ohne weiters ausbauen konnte, weil sie an der Luft recht schnell zu brennen anfing. Hat sich nicht ganz so durchgesetzt. O.k. - kleiner Abschweifer.

Zu chemiefreien Verfahren: Kurzen Kontakt hatte ich auch mal mit einer Variante der Filtration die zwischen Ultrafilter und Umkehrosmose liegt. Da holt man recht selektiv die zweiwertigen Kationen raus, also Ca, Mg nur zum Teil, Na bleibt drin. Spart einiges an Betriebsdruck, weil doch keine Osmose und an Spülverlust, weil man nicht alles rausholt. T´schuldigung, ältere Herren und frühere Schlachten.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 16. Januar 2018, 17:32

3 m/s ist nicht die Geschwindigkeit der Ionen im Wasser, sondern mit dem Wasser, welches zwischen den Kondensatorplatten durchfließt.
Ja und?
Wolltest du nun wissen, wie schnell die Teilchen im elektrischen Feld wandern, oder wie stark deine Pumpe ist?


P.S.:
, um den Kalk im Leitungswasser zu minimieren
Geschirrspüler machen das mit einem Ionenaustauscher, der die Ca-Ionen durch Na-Ionen ersetzt.
Bei Großverbrauchern wie Kraftwerken *) entfernt man einen Großteil von Ca und Mg, indem man noch mehr Ca in Form von Ca(OH)2 hineingibt. Dadurch verwandelt sich das wasserlösliche Hydrogencarbonat in unlösliches Carbonat, das man abfiltrieren kann.

*) Es gibt natürlich auch Kraftwerke, die kaum Wasser verbrauchen,, weil ihre Kreisläufe dicht sind ;-)
Wenn man aber fein gemahlene Braunkohle verfeuert, dann dauert es nicht sehr lange, bis die Rohre im Kessel durch den in der Kohle enthaltenen Sand so abgeschliffen sind, dass größere Leckagen auftreten.
Zuletzt geändert von anders am Dienstag 16. Januar 2018, 17:52, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon BernhardS am Mittwoch 17. Januar 2018, 14:35

Immer raus damit - bin jetzt im Ruhestand :sm12: "Mein" Kraftwerk ist stillgelegt.
Zuvor war es übrigens, auch gemessen am hochtechnischen Deutschland, ein Muster für geringsten Wasserverbrauch.
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Re: Berechnung Ablenkung von geladenen Teilchen im Kondensat

Neuer Beitragvon Insectranger am Mittwoch 17. Januar 2018, 15:51

anders hat geschrieben:
3 m/s ist nicht die Geschwindigkeit der Ionen im Wasser, sondern mit dem Wasser, welches zwischen den Kondensatorplatten durchfließt.
Ja und?
Wolltest du nun wissen, wie schnell die Teilchen im elektrischen Feld wandern, oder wie stark deine Pumpe ist?


Ich wollte wissen, wie schnell und weit die Ionen im elektrischen Feld wandern, weil meine Rechnung solche utopischen Werte ergeben hat.

Aber ich sehe schon, ich muß das vielmehr erst einmal durchdenken und ein richtiges Konzept entwickeln und noch viel mehr recherchieren was es da schon alles gibt oder auch nicht, ehe ich da thoretsiche Teilschritte vollziehe.

Vielen Dank für die Infos und Erläuterungen dazu an alle.
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