NAVIGATIE

Verklaring van applet

Terug naar Virtueel Practicumlokaal

Contact

Auteur:
Ángel Franco García

Nederlandse bewerking:
Henk Russeler

Laatste keer aangepast:

Ionenmotor

In dit applet wordt de werking van een ionenmotor uitgelegd.
Een manier om een raket een impuls te geven, is door de uitstoot van geladen deeltjes, zoals in de onderstaande figuur te zien is.
ionenmotor
De ionenbron S zet positief geladen deeltjes uit. Deze worden versneld. De snelheid die ze uiteindelijk zullen krijgen is afhankelijk van het spanningsverschil V dat tussen de versnellingsring B heerst. Om te voorkomen dat de raket geladen wordt, worden er elektronen in de staart van de ionenstroom geïnjecteerd(F). De ionenstroom wordt gefocust door ring A.
De ionenmotor wordt gebruikt in het luchtledige bijvoorbeeld voor kleine correcties aan de baan van een satelliet.
Naar Lorrain P., Corson D. Campos y Ondas Electromagnéticas. Selecciones Científicas (1972), problema 4.28, págs. 203-204


De ionen met een massa m die de raket met een snelheid (u) verlaten (dus per tijdseenheid dm/dt), oefenen een kracht uit op die raket.
Die kracht is

In de tekening hiernaast zijn de ionen n, elk met een massa mp,die bij een bepaald volume en een gemiddelde snelheid u door een oppervlak S gaan weergegeven.
De massa m die in een tijd t wordt uitgestoten, komt overeen met een cilinder met een doorsnede S en een lengte u·t.

Massa m = (het aantal ionen per volume-eenheid n)·(massa van elk deeltje mp)· (volume van de cilinder S·u·t)

m=n·mp·S·u·t

en dus geldt:

De stroomsterkte van de ionenbundel is

I = n·q·S·u

Met
n het aantal ionen per volume eenheid
q de lading per deeltje
S de doorsnede van de bundel
u de gemiddelde snelheid van de ionen

De kracht die ionen in totaal uitoefenen op de raket is

F = I·m·p·u/q

De snelheid van een deeltje is afhankelijk van het spanningsverschil V tussen de bron S en de versnellingsring B. We gaan er vanuit dat de ionen de ionenbron met een snelheid nul verlaten.
De snelheid die het ion bij de versnellingsring B heeft is te berekenen met

De formule om de kracht van de ionen te bepalen is

Het elektrisch vermogen is het product van de stroomsterkte I van de bundel en het spanningsverschil dat de ionen doorlopen:

P = V · I

De voortstuwingskracht van de motor uitgedrukt met behulp van het vermogen wordt dan


Om een zo groot mogelijk voortstuwingskracht te krijgen moeten de ionen een zo klein mogelijke lading en een zo laag mogelijk spanningsverschil doorlopen.