Vibration Energy Harvester

[Schwuppdiwupp]

Da liegt ein Missverständnis vor: Die Braun'sche Molekularbewegung braucht keinen Temperaturunterschied.

Wirf einen Krümmel Kaliumpermanganat (wegen der Farbe) in Wasser und nach ein paar Tagen ist der ganz Eimer violett. Die Wärmebewegug der Teilchen bei Temperaturen größer Null Kelvin (okay, bei Wasser sollten es freilich mehr als 273 Kelvin sein) reicht völlig aus, die Diffusion zu bewirken.

Die thermodynamische Triebkraft ist hier besonders die Entropie - volkstümlich als "Zunahme der Unordnung" verstanden.

Ebenso schwingen alle Molküle "in sich": ---> http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/molekuelschwingungen.vlu/Page/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/schwspek/mol_spek/ir3_1/dreiatomlinear_m19ht0300.vscml.html

Solche Schwingungen werden seit langem durch IR- und NMR-Spektroskopie untersucht und zur Strukturbestimmung eines Stoffes interpretiert.

[forenschlaefer]

wäre das Graphen hier eine molekulare Ratsche dann oder so in der Art?

https://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Ratsche
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201503375/pdf

[WotanWahn]

Bei Thibado soll aber elekrische Energie entstehen. Durch welche Art Umwandlung? Aus der brownschen Molekularbewegung selbst? Das geht laut zweitem Haupsatz nicht.

[WotanWahn]

Du warst schneller. Molulare Ratsche. Genau, und die funktioniert nicht.

[Schwuppdiwupp]

Das Grundprinzip ist - wie oben schon angedeutet - eine Umkehrung des elektrostatischen Lautsprechers, bei der eine elektrisch geladene Folie zwischen zwei Statoren zum Schwingen gebracht wird, die umgebene Luft anregt und deshalb Schall abstrahlt.

Selbstverständlich geht das auch umgekehrt: Regt man diese Folie von Außen an, wird man an den Statoren eine (sehr geringe) Spannung messen. Aus dem Lautsprecher wurde ein Mikrophon.

In unserem Beispiel wird die denkbar dünnste "Folie" (die Graphenschicht) ebenfalls elektrisch geladen. Durch die unvermeidlichen Molekülschwingungen bewegt sich diese geladene Schicht relativ zu "Statoren", und induziert ein elektrisches Potenzial (Spannung) zwischen den beiden Statoren.

Allem Anschein nach ist die Bewegung der Graphenschicht dergestalt, dass eine Spannung messbar ist. Würde sich bei den Schwingungen gleich viele Bereiche der Schicht nach oben und nach unten bewegen (wie eine perfekte Sinuskurve), dann wäre die Spannung Null und man hätte nichts gewonnen.

Offenbarlich konnten die Forscher glaubhaft machen, dass dieser Fall nicht eintritt. Andernfalls hätten sie ihre Ergebnisse nicht in einem sehr angesehenen, peer review kontrollierten, wissenschaftlichen Fachmagazin veröffentlichen können.

Nachtrag:

Brownsche Motoren
Der Begriff Brownsche Motoren wurde 1995 vom Physiker Peter Hänggi (Universität Augsburg) geprägt, um damit die gerichtete Bewegung in periodischen Systemen mit räumlicher und/oder zeitlicher Symmetriebrechung unter Ausnützung der Quelle der thermischen Brownschen Bewegung zu charakterisieren. Dabei ist wichtig, dass diese Systeme fernab vom thermischen Gleichgewicht operieren. Damit ergibt sich kein Widerspruch zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

https://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Ratsche#Brownsche_Motoren

[WotanWahn]

Der Wikipedia Artikel ist verkürzt und unvollständig. Aus dem darin genannten Papier der Universität Augsburg und weiteren Artikel über den brownschen Motor geht hervor,  dass ein Energiefeld von außen angelegt und an und abgeschaltet wird. Dieses liefert letztlich die Energie für die asymmetrische Bewegung der Moleküle.

https://www.google.de/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.physik.uni-augsburg.de/theo1/hanggi/Papers/168.pdf&ved=0ahUKEwiqzYnVjOzXAhUCDuwKHbx_DygQFggsMAI&usg=AOvVaw0d1RpnxmCUYPeoK4983-_n

https://www.google.de/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.mpg.de/473434/pressemitteilung20030703&ved=0ahUKEwjxuu-3j-zXAhWQqKQKHf--ApsQFggzMAQ&usg=AOvVaw3WWSBxwVCOV8luBm8ijT80

Aus letzterem Artikel der Max-Planck-Gesellschaft ein Zitat:

Dieses System, das scheinbar verlustfrei Wärmeenergie in mechanische Arbeit umformt, ist jedoch kein perpetuum mobile. Denn das Kunststück funktioniert nur dann, wenn den Brownschen Motoren Energie von außen - über die periodische Störung des Wasser-Teilchen-Systems - zugeführt wird. Fernab des Gleichgewichts ist der zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht mehr anwendbar. Erstaunlich bleibt der Transport der Teilchen trotzdem denn anders als bei herkömmlichen Motoren sind für eine gerichtete Bewegung weder eine Nettokraft noch ein chemisches Konzentrationsgefälle oder ein Temperaturgradient erforderlich.

[Schwuppdiwupp]

Hier der Link zur Originalpublikation:

https://thibado.uark.edu/wp-content/uploads/sites/316/2017/06/PhysRevLett.117.126801.pdf

Allerdings reicht mein Fachwissen nicht aus, um gegebenenfalls Fehler zu erkennen. Hoffen wir mal für Herrn Thibado, dass die peers ihre Arbeit gründlich gemacht haben und er keinen Blödsinn veröffentlicht hat.

[WotanWahn]

Danke Schwubb. Ich schau mal.

[WotanWahn]

In dem genannten Artikel wird beschrieben, dass ein Raster-Tunnel-Mikroskop verwendet wird. Ein solches hat folgenden Aufbau:



In dem Artikel ist einmal gesagt, dass der Tunnelstrom (angelegt durch die Spannungsquelle zwischen Spitze und Probe) die Membran erwärmt und so deren kinetische Energie erhöht. (Die im Zitat genannten Figuren beziehen sich auf den Artikel und nicht auf das schematisch dargestellte Raster-Tunnel-Mikroskop.)

It can further be seen from Fig. 2(c) that the velocity
distribution broadens with increasing tunneling current.
The same trend is apparent in Fig. 2(d), which shows
the variation of the FWHM of the velocity PDF with the
tunneling current setpoint over the entire range of this
study. The broadening of the distribution is consistent with
Joule heating due to the STM tunneling current providing
more kinetic energy to the membrane [20].

Weiter ist gesagt, dass durch Variation des Tunnelstroms bestimmte Prozesse aktiviert und deaktiviert werden können.

By tuning the velocity distribution (as we demonstrated
by varying the tunneling current), one can activate certain
processes and deactivate others. Furthermore, as the membrane
flexes, it modifies the local strain, the chemical
reactivity, and the charge distribution, which allows the
system to do work.

Somit scheint der Tunnelstrom und damit das Elektronenmikroskop selbst eine wichtige Rolle für den beobachteten Effekt zu spielen. Vermutlich liefert der Tunnelstrom die Energie für die Vibration des Graphen und nicht die brownsche Molekularbewegung. Also wieder nichts mit freier Energie, obwohl der Tunnelstrom nur mit Hilfe der Quantenmechanik erklärbar ist und nicht mit klassischer Physik.

[Schwuppdiwupp]

Mir ist der Aufbau eines Raster-Tunnel-Mikroskop sehr wohl vertraut .... *hüstel*

Deine Vermutung, dass der Tunnelstrom für die beobachteten Effekte verantwortlich ist, ist derart naheliegend, dass die Autoren das selbstverständlich auch erwähnen - wie deine Ausschnitte belegen.

Genau deshalb wurden Computer-Simulationen vorgenommen und dabei verschiedene Parmetern variiert (z. B. der Temperatur: 100 K und 3000 K). Diese Simulationen zeigen, dass die Graphen-Membran mit einer gewissen statitischen Wahrscheinlichkeit sich komplett nach oben oder unten stülpen kann - also Levy-Flights (auch Levy-Walks) ausführt. https://en.wikipedia.org/wiki/Levy_walk Sie bestätigen also das experimentell beobachtete Verhalten.

Nochmal: Das sind keine Aluhüte, die in "Raum & Zeit" publiziert haben. Und von "Freier Energie" (im esoterischen Sinn) ist auch nirgends die Rede. Die angedachte Idee (und mehr ist es wohl nicht), wie man diese Bewegungen zur Umwandlung von letztendlich thermischer in elektrischer Energie ausnutzen könnte, war offenbar Thibado eine Patentanmeldung wert.

Ob das letztendlich funktioniert, steht freilich auf einem anderen Blatt.

Mein 200-ster Beitrag!

[Daggi]

Mir fällt dazu der verstorbene Herr Lehner ein, und Oliver Crane:

https://www.psiram.com/de/index.php/Hans_Lehner

https://www.psiram.com/de/index.php/Oliver_Crane

http://www.rqm.ch/

[WotanWahn]

Ich verstehe den Zusammenhang Deiner Zitate mit den vorherigen Beiträgen nicht, Daggi. Es ging darum, welche Energie die Schwingungen der Graphen-Membran speist. Nach dem letzten Diskussionsstand scheint das der Tunnelstrom des Raster-Tunnel-Mikroskops zu sein, also eine von außen zugeführte Energie. Das ist mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vereinbar.

Oder geht es um Tunnelstrom und Quantenmechanik?

[Schwuppdiwupp]

Nach dem letzten Diskussionsstand scheint das der Tunnelstrom des Raster-Tunnel-Mikroskops zu sein, also eine von außen zugeführte Energie.

Mit Verlaub: Das ist dein letzter Stand.

[Daggi]

@Wotan: mein lieber Wotan. Das war auf einen älteren Stand eurer Diskussion gezogen. Crane (eigentlich Sigerist) und der Lehner hatte vor zig Jahren nach Investoren gesucht für eine Art Perpetuum Mobile, das Energie aus der Brown'schen Molekulargewegung gewinnen sollte. Turtur hingegen glaubt den Casimir-Effekt angezapft zu haben, baisewei.

Beim Tunnelmikroskop muss die Hochspannung erstmal erzeugt werden. Wenn der Ladekondensator verlustfrei wäre, und man einen Trenntransformator einspart, könnte man nach einmaligem Aufladen die Spannung direkt über einen Gleichrichter aus dem Netz bekommen. "Normale" Hochspannungsnetzteile haben aber einen Eigenverbrauch für die Spannungsstabilisierung. Im Verhältnis zu den vielleicht möglichen Mikroleistungen an der Nadelspitze liegen die Verluste um Größenordnungen höher.