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Farnsworths' Electron Multiplier

 
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Fr Mai 30, 2008 10:51 am    Titel: Farnsworths' Electron Multiplier Antworten mit Zitat

Ich bin da irgendwie über Phile Farnsworths' Electron Multiplier gestolpert.
Nein, das ist nicht der Farnsworth von Futurama, sondern der, welcher z.B. die vollelektronische Fernsehkamera erfunden hat.

Hier ein Bild davon:



Das Prinzip ist folgendes:

* Links und rechts sind Kathoden

* In der Mitte ist ein Anodenring

* Es wird nun eine hohe Spannung an den Anodenring angelegt.

* Durch äusseren Einfluss (z.B. Licht) werden Elektronen aus eine Kathode geschlagen (Photoeffekt)

* Die Elektronen werden nun von der Kathode abgestossen und vom Anodenring angezogen. Das Elektron wird also in Richtung anderer Kathode beschleunigt.

* Sobald das Elektron durch den Anodenring in der Mitte geflogen ist, wird es vom Anodenring und von der anderen Kathode nun gebremst.

* Wenn die Anode in der Mitte ist, dann hat am Schluss das Elektron wieder einen Speed von 0, wenn es auf der anderen Kathode auftrifft.

* Nun werden aber die beiden Kathoden in einen Oszillator geschalten (LC), sodass die "Empfangs"-Kathode eine kleinere negative Spannung aufweist als die "Sende"-Kathode und deshalb wird das Elektron nicht so stark gebremst, wie es beschleunigt wurde und trifft nun mit einer höheren Geschwindigkeit auf die "Empfangs"-Kathode auf. Dies bewirkt wieder einen Photoeffekt bei dieser Kathode und setzt Elektronen frei. Je nach Kathodenmaterial wwerden mehr oder weniger Elektronen freigesetzt. Besonders gut soll Silberoxid mit Cäsium dotiert sein, welches etwas 5x soviele Elektronen freisetzt wie auftreffen (in dieser Anwendung).

* Die nun freigesetzten Elektronen werden wiederum auf die andere Seite beschleunigt, usw...

* So schaukelt sich das ganze immer mehr auf, bis immer mehr Elektronen hin- und herfliegen. Irgendwann wird das ganz im Gleichgewicht sein, da die vielen Elektronen die Anode abschirmen und sich ein Gleichgewicht einstellt.

* Farnsworth nutzt dann eine zweite Spule, welche an die Oszillatorspule gekoppelt ist, um Energie herauszunehmen (Trafo)

* Um zu verhindern, dass die Elektronen beim hin- und herfliegen die Anode treffen und weg sind, wird um das Rohr ein Magnetfeld gebildet, sodass die Elektronen nur in der "Mitte" fliegen können.
Später optimiert er das dann, indem er die Kathoden zu Parabolspiegeln formt. So werden durch die el.-stat. Abstossungskräfte die Elektronen in die Mitte des Kolbens gedrückt und kommen so auch nicht in Kontakt mit der Anode, ohne das ein Magnetfeld benötigt wird.

Soweit hab ich alles verstanden.
Nur: Woher kommt den nun die Energie für die ausgekoppelte Leistung?
Eigentlich kann die nur aus der Anodenspeisung kommen (das sagt auch Farnsworth). Aber durch die Anode fliesst ja kein Strom, da durch das Magnetfeld eben verhindert wird das Elektronen durch die Anode abfliessen können. (Eigentlich müsste man die Anode ja sogar isolieren können und es sollte noch funktionieren)

???

Jemand eine Idee???

Nachtrag: Ach ja, das Patent auf das ich mich hier beziehe ist US2071516.
Falls das jemanden interessiert.
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Fr Mai 30, 2008 3:13 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Es ist falsch anzunehmen das die Sekundärelektronen, die aus der Kathode geschlagen werden, da einfach so rauskommen, die werden der zugeführten Elektrizität entnommen.
Elektronen werden übrigens von Magnetfeldern abgelenkt, aber nicht abgeschirmt. Wenn sie schnell genug sind und scharf genug abgelenkt werden geben sie Energie in Form von Synchronotornstrahlung ab, ab wann sie das tun weiß ich jetzt aber nicht.
http://de.wikipedia.org/wiki/Synchrotronstrahlung
Sollte er überhaupt dazu in der Lage gewesen sein Energie aus dem Ding auszukoppeln dann stammte die aus der Spannung an der Kathode.

Für mich klingt diese Erfindung übrigens eher wie ein komplizierter Photomultiplier
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Fr Mai 30, 2008 3:52 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Es ist falsch anzunehmen das die Sekundärelektronen, die aus der Kathode geschlagen werden, da einfach so rauskommen, die werden der zugeführten Elektrizität entnommen.


Nun ja, aber eben vom Schwingkreis direkt von Masse. An den Kathoden legst du nirgends aktiv Spannung an (schliesst du keine Quelle, ausser Masse an). Und der Strom aus der Masse ist ja kostenlos.

Zitat:
Elektronen werden übrigens von Magnetfeldern abgelenkt, aber nicht abgeschirmt.


Schon klar. Aber mit einem genug starken Magnetfeld haben die Elektronen beinahe keine Chance (Siehe Plasmafallen).
Und hier haben die Elektronen ja sowieso zu beginn keine Geschwindigkeit und deshalb sowieso beinahe nur eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der anderen Kathode. Die Kraft, welche auf die Elektronen ausgeübt werden muss ist da rel. gering um die Elektronen von der Anode weg zu halten.

Zitat:
Sollte er überhaupt dazu in der Lage gewesen sein Energie aus dem Ding auszukoppeln dann stammte die aus der Spannung an der Kathode.


Wie bereits erwähnt wird die Kathode hier nicht aktiv gespeist!!! Auch auf dem Bild ersichtlich.

Zitat:
Für mich klingt diese Erfindung übrigens eher wie ein komplizierter Photomultiplier


Logisch. Farnsworth hat diesen (Photomultiplier) und anderes ja eben erfunden um damit elektronische Fernsehkameras zu bauen! Vorher waren die mechanisch mit Drehrädern.

Wiki sagt ja auch:
Zitat:
Ein Photomultiplier besteht aus einer Photokathode und einem nachgeschalteten Sekundärelektronenvervielfacher.


Und das hier ist eben ein Elektronenvervielfacher. Einfach ein Elektronenverfielfacher der immer wieder zwischen den 2 gleichen Kathoden hin und her geht. Für was genau das nützlich sein soll, hat sich mir aus dem Patent nicht erschlossen, ausser dass man damit aus einer DC Spannung eine hochfrequente AC Spannung generieren kann...

Aber wie bereits erwähnt, woher kommt die Energie? Beim Photomultiplier geht die Energie ja eindeutig an den Kathoden verloren, da man diese aktiv speist. Das tut man hier aber nicht.

???
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Andi



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Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Fr Mai 30, 2008 6:47 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Masse bedeutet nicht das da keine Ladungsträger da sind.
Masse ist immer nur ein Bezugspunkt.
Ich könnte auch einfach die Anode als Bezugspunkt nehmen, dann haben wir an der Kathode eben eine negative Spannung.
Den Elektronen ist das egal, die treten aus der Kathode aus weil in der Kathode wegen dem Potentialunterschied zur Anode ein Elektronenüberschuss besteht.
Ohne diese Spannung bewegt sich kein Elektron Richtung Anode, die Bewegungsenergie und die Sekundärelektronen werden also von der Spannung verursacht.
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Sa Mai 31, 2008 11:26 am    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Masse bedeutet nicht das da keine Ladungsträger da sind.


Schon klar, hab ich auch nicht behauptet. Im Gegenteil, hab ja gesagt, das von da die Elektronen nachfliessen.

Zitat:
Masse ist immer nur ein Bezugspunkt.


Schon klar. Aber wenn ich als Bezugspunkt eben als Massenpotential "Erde" nehme(Pflock in den Boden), dann kostet mich das nichts.

Zitat:
Ohne diese Spannung bewegt sich kein Elektron Richtung Anode, die Bewegungsenergie und die Sekundärelektronen werden also von der Spannung verursacht.


Schon klar, wird die Bewegung durch den Potentialunterschied verursacht.
Aber das Problem hierbei ist ja, das man dieses Potential nur 1x aufbauen muss. Danach fliesst kein Strom durch die Anode. Da könnte man als passive Lösung eigentlich auch einfach nur ein Elektret für die Anode nehmen.

BTW: Ich hab mich mal etwas weiter erkundigt. Der Photomultiplier wurde von Kubetsky erfunden und nicht von Farnsworth. Farnsworth hat diesen dann einfach weiterentwickelt. Nur zur Korrektur.
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Andi



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Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Mai 31, 2008 4:40 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Du brauchst einen Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode, dafür braucht man Energie, und die gibts nicht umsonst, egal was du als Masse definierst.

Btw, ohne Stromfluss kein Magnetfeld das man auskoppeln kann, wenn die die Anode abschirmst fließt kein Strom, also lässt sich auch nix per Trafo auskoppeln.
Ob du dazu ein Magnetfeld oder ein Steuergitter benutzt ist egal.
Damit du also etwas auskoppeln kannst müssen die Eletronen auch die Anode erreichen können, sonst passiert garnix.
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Mi Jun 04, 2008 4:21 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Du brauchst einen Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode, dafür braucht man Energie, und die gibts nicht umsonst, egal was du als Masse definierst.


Schon klar. Aber wenn kein Strom durch die Anode fliessen würde, brauch ich nur 1x Energie aufzubringen. Oder eben ich nehme ein Elektret: Wenn kein Strom fliesst, dann bleibt der Potentialunterschied bestehen, ganz ohne Energieaufwand.

Zitat:
Btw, ohne Stromfluss kein Magnetfeld das man auskoppeln kann, wenn die die Anode abschirmst fließt kein Strom, also lässt sich auch nix per Trafo auskoppeln.


So wie ich das Verstanden habe, ist der Stromfluss nur zwischen den Kathoden und Masse. Oder in einer anderen Anordnung von ihm, wo er den Schwinkreis nicht auf Masse setzt, sondern die beiden Kathoden das Ende des Schwingkreises sind. D.h. der Schwingkreis schiebt einfach die ganze Zeit Elektronen von einer Kathodenplatte zur anderen.

Ander ausgedrückt: Wieso genau sollte es nötig sein, dass durch die Anode ein Strom fliesst? Eben z.B. in der Annahme man nimmt nur ein Elektret als Anode. Die neg Seite des Elektret schliesst man an die Masse (den Kathodenschwingkreis) und die pos Seite sieht zur Röhre. Das E-Feld des Elektret wäre ja jetzt immer so, als ob man eine normale Spannungsgeladene Elektrode da hätte. Solange kein Strom fliesst, bleibt das E-Feld erhalten. Und wenn man auf der positiven Seite des Elektret keine Metalloberfläche machen würde, könnte ja nicht einmal Strom fliessen. Dann müsste das ganz doch immernoch funktionieren?!?

D.h.
Elektronen werden vom Elektret angezogen, fliegen dann durch den Ring auf die andere Platte, usw. Und dass die Platten den Spannungsunterschied haben, dass das ganze funktioniert, dazu müssen Sie in einen Schwingkreis gekoppelt sein, welcher Synchron zum Flug der Elektronen ist.

Mache ich da irgendwo eine Fehlüberlegung?

BTW: @Andi: Ich muss dir übrigens einmal Danken, für deine Rege Mitarbeit in diesem Forum. Es ist mir schier unbegreiflich, wie du überhaupt jeweils soviel Zeit aufbringen kannst. Also nur Mal so Zwischendurch: !!VIELEN DANK!!
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Mi Jun 04, 2008 6:14 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Wie will er Elektronen dazu bringen aus der Kathode auszutreten ohne das sie dann irgendwo anders hinkönnen?
Irgendwann ist das Glas voll. Und wenn die Elektronen zwischen den beiden kathoden wechselt dann sind das keine zwei Kathoden mehr sondern die Elektrode, zu der die Elektronen fliegen, wird dann eben zur Anode. Fertig, Stromfluss.

Und nochmal zum mitschreiben, es gibt keine Masse. Die kann ich mir hindefinieren wo auch immer ich sie haben will, es ändert nichts an der funktion.
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