Кто про что, а я опять про фотонные двигатели

[apximhd]

Сегодня я расскажу, как собрать у себя дома действующую модель фотонного двигателя.
Для его питания нам понадобятся щелочные батарейки Panasonic Essential Power AA/LR6, которые имеют вес 22 грамма при ёмкости 3000 мА·ч. В качестве источника света возьмём светодиод Luminus CSM-360 со светоотдачей более 100 лм/Вт. Для солнечной поверхности светоотдача составляет 93 лм/Вт, то есть, можно считать, что этот светодиод отдаёт в свет практически всю потребляемую электрическую мощность. Рабочий ток этого светодиода составляет 3,2 А при напряжении 12 В. Таким образом, отдаваемая в излучение мощность составляет чуть менее 40 Вт. Вес светодиода — около 20 г.
Для его питания нам понадобится 8 батареек AA, суммарной ёмкости которых хватит на один час питания светодиода.
Масса получившегося прототипа фотонного двигателя составит 196 грамм. Добавим 4 грамма на провода и получим для ровного счёта 200 грамм.
Теперь подсчитаем, какую скорость придаст этой конструкции сила отдачи излучаемого им света за час работы.
Его световой поток создаёт силу отдачи, равную:
F = W/c = 40/299792458 = 1.33·10^-7 Н.
Эта сила придаст всей конструкции ускорение:
a = F/m = 1.33·10^-7/0.2 = 6.67·10^-6 м/с².
За час это ускорение сообщит прибору скорость:
v = a·t = 6.67·10^-6·3600 = 0.0024 м/c = 2.4 мм/c.
Итак, до двух с половиной миллиметров в секунду разгоняется фотонный двигатель, собранный за пять минут в домашних условиях. На мой взгляд, весьма показательный пример того, что не следует недооценивать перспектив постройки настоящего фотонного двигателя уже на сегодняшнем технологическом уровне.

Comments

[vitus_wagner]

А что, у этого светодиода и правда такая узкая диаграмма направленности, что весь свет излучается в одном направлении? Или всё же свет будет излучаться примерно в 180° секторе, что существенно ухудшит характеристики двигателя?

[apximhd]

У «голого» светодиода лепесток диаграммы направленности имеет раскрытие около 1,5 стер. Это, разумеется, ухудшит характеристики двигателя, но несущественно. Вместо 2,5 мм/с мы получим в худшем случае 1,75 мм/с. Но никто не мешает нам усовершенствовать излучатель, добавив лёгкий рефлектор из фольги, который увеличит вес конструкции на пару грамм.

[apximhd]

Задача этого поста — продемонстрировать тот факт, что эффект световой отдачи вовсе не так мал, как это может показаться на первый взгляд. Даже для мощного фонарика этот эффект имеет уже вполне макроскопическое проявление. Конечно, строить фотонные звездолёты на батарейках — неправильное технологическое решение. Эффективность фотонного двигателя напрямую связано с тем, какую часть массы рабочего тела мы способны перевести в излучение. В идеале хотелось бы всю, но такую возможность нам даёт только реакция аннигиляции, реализация которой упирается в проблему производства антивещества в промышленных масштабах.
С другой стороны, в теории существует такая гипотетическая частица как монополь 'т Хоофта — Полякова. Замечательной особенностью этого монополя является способность индуцировать распад протона по схеме M + p = M + e⁺ + π⁰. Позитрон затем аннигилирует с электроном атома водорода, а нейтральный пион распадается на два гамма-кванта. Сам монополь при этом не расходуется.
Таким образом, найдя необходимое количество монополей 'т Хоофта-Полякова, мы могли бы построить аннигиляционный фотонный двигатель, топливом для которого служил бы обычный водород.
Возможно, именно такой звездолёт наблюдали в марте этого года спутники SOHO в процессе его заправки водородом у нашего Солнца: http://youtu.be/aTbksd5-Rdg

[sdfgj.livejournal.com]

Надо проверить экспериментально. Как Лебедев.
Причём можно раскручивать только светодиод. Тогда через несколько часов будут метры в секунды

[veniamin.livejournal.com]

замечательно, но где видео на ютубе ?
массу можно умньшить до 20 грам плюс проводок на маятнике, что бы заодно и трение убрать

[al-pas.livejournal.com]

Задача этого поста — продемонстрировать тот факт, что эффект световой отдачи вовсе не так мал, как это может показаться на первый взгляд. Даже для мощного фонарика этот эффект имеет уже вполне макроскопическое проявление. Конечно, строить фотонные звездолёты на батарейках — неправильное технологическое решение. Эффективность фотонного двигателя напрямую связано с тем, какую часть массы рабочего тела мы способны перевести в излучение. В идеале хотелось бы всю, но такую возможность нам даёт только реакция аннигиляции, реализация которой упирается в проблему производства антивещества в промышленных масштабах.
С другой стороны, в теории существует такая гипотетическая частица как монополь 'т Хоофта — Полякова (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C#.D0.9C.D0.BE.D0.B4.D0.B5.D0.BB.D1.8C_.27.D1.82_.D0.A5.D0.BE.D0.BE.D1.84.D1.82.D0.B0.C2.A0.E2.80.94_.D0.9F.D0.BE.D0.BB.D1.8F.D0.BA.D0.BE.D0.B2.D0.B0). Замечательной особенностью этого монополя является способность индуцировать распад протона по схеме M + p = M + e⁺ + π⁰. Позитрон затем аннигилирует с электроном атома водорода, а нейтральный пион распадается на два гамма-кванта. Сам монополь при этом не расходуется.
Таким образом, найдя необходимое количество монополей 'т Хоофта-Полякова, мы могли бы построить аннигиляционный фотонный двигатель, топливом для которого служил бы обычный водород.
Возможно, именно такой звездолёт наблюдали в марте этого года спутники SOHO в процессе его заправки водородом у нашего Солнца:

[veniamin.livejournal.com]

факт, для обывателя как я, становится фактом после того как его можно пощупать или хотя бы увидеть, до этого он всего лишь теория

[veniamin.livejournal.com]

блин, какие-то сцуки водорот у нашего солнца слвают !!! атас !!!
а типа другого более удобоваримого объеснения этому выбросу не нашлось ?

[al-pas.livejournal.com]

NASA две недели отмалчивалось, потом заявило, что это был глюк телескопа, и что больше такого не повторится.

[veniamin.livejournal.com]

я пойду посмотрю что по этому поводу бурчит интернет ;)

[v1adis1av.livejournal.com]

Максимальная теоретическая светоотдача -- 683 лм/Вт. Так что светодиод отдаёт в свет процентов 15, остальное переходит в тепло и далее рассеивается изотропно через ИК (если, конечно, забыть про окружающий воздух). Более КПД-шное решение -- поставить светодиод в фокус параболического отражателя, который будет собирать ИК излучение в пучок.

[al-pas.livejournal.com]

Вот за что я не люблю эти люмены с канделами — это за то, что они не дают адекватного представления об энергетических характеристиках излучения. Указанный светодиод имеет два максимума спектральной кривой: основной максимум на длине волны 440 нм, и второй, вдвое слабый — на длине волны 560 нм. Поэтому свёртка его спектральной кривой с кривой видности даст после перевода люменов в Ватты относительно длины волны 550 нм величину в несколько раз меньшую, чем полный поток излучения в видимой области.
Для Солнца, кстати, то же самое: Солнце излучает в видимом спектре 44% своей мощности, в то время как световой поток от солнечной поверхности составляет лишь 13,6% от максимально возможного.
За отсутствием хорошо табулированного спектра, прикидка «по клеточкам» под графиком даёт, что не менее 80% энергии излучается в диапазоне 400-800 нм.

[al-pas.livejournal.com]

Рефлектор всегда лучше, хотя бы потому, что сам по себе светодиод имеет достаточно широкий лепесток диаграммы направленности излучения.

[v1adis1av.livejournal.com]

Да. Но тогда можно и лампочку накаливания поставить в фокус, не обязательно светодиод. Лишь бы рефлектор хорошо ИК отражал. А экономичнее всего в качестве фотонного двигателя использовать радиоантенну с узкой диаграммой направленности.

[al-pas.livejournal.com]

Безусловно, но, во-первых, её за пять минут на кухне не собрать — разве что микроволновку раскурочить, а во-вторых, радиоантенна эффективна только в том случае, если затрачиваемой энергией является электричество — как в данном примере батарейки.
В реальности же приходится довольствоваться существенно более высокоэнтропийными источниками, для которых излучение тепла, света и т. п. оказывается наиболее выгодным вариантом.

[alexvlj.livejournal.com]

Может быть, заодно удастся построить модель квантового компьютера?

[netbug-kir.livejournal.com]

Ну как же так.
КПД диода — порядка 35%. Для видимого света. Солнце, на минуточку, излучает от радиодиапазона и дальнего ИК до дальнего УФ. В видимом диапазоне, понятно, у него не высокий, что отлично компенсируется его мощностью ;)
Алсо, не менее эффективности важна площадь излучающей поверхности, диод мелкий, а батарейки — отнюдь не самый ёмкий доступный источник энергии.

Ну а фотонные двигатели более чем реальны, это да. Правда, для испытания нужна невесомость, а то силу разгона не почувствуем ;)