Como calcular o empuxo de um Sistema de Energia Elétrica

Imagine a conta de combustível para o vaivém espacial . É duro o suficiente para encher seu carro com 16 litros de gasolina comum, então imagine o custo para encher um tanque de 526 mil litros de combustível de foguetes. E isso é apenas para transportar um satélite em órbita . Uma vez em órbita , os satélites têm de jet -se em torno de combustível eles trouxeram a si mesmos. A viagem espacial é caro e há uma busca constante por meios menos dispendiosos de propulsão .

O impulso gerado por um sistema de propulsão é proporcional à massa do propulsor multiplicada por sua velocidade. Isto é, uma sonda de enviar 50 gramas de propulsor afastado em 3 metros por segundo tem a mesma orientação que o envio de uma outra 25 gramas de distância a 6 metros por segundo . Essa é a idéia por trás da propulsão elétrica : Use menos massa do que os sistemas de propulsão tradicionais , ainda expulsá-lo mais rapidamente. E trazendo menos massa em órbita da Terra , a nave espacial é mais leve, por isso precisa de combustível de foguete menos dispendioso para o começar. Instruções
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Calcule a carga de íons de propelente . Os foguetes químicos fornecer empuxo por misturar dois compostos que reagem e liberam energia . Sistemas de propulsão eléctricos criar seu impulso pela adição de energia para átomos carregados : Íons . Por exemplo, você poderia ter um íon de xenon com uma carga de +1 .
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Determine a massa do íon propulsor . Você pode encontrar a massa atômica em uma tabela periódica ; arredondar para o número inteiro mais próximo. Xenon, por exemplo, tem uma massa atômica de 131,29 , que arredonda para 131 unidades de massa atômica ( amu ) .
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Definir a tensão de aceleração de seu sistema de propulsão elétrica . Se fazer cálculos para um sistema já existente , você vai encontrar isso nas especificações do sistema. Se você está criando o seu próprio sistema, você terá que fazer um palpite e ver como ele funciona . Por exemplo, você poderia escolher 2.000 volts.
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Calcule a velocidade de saída de um único íon . Esta é a velocidade à qual ele sai da sonda . A velocidade é dada por: velocidade = sqrt ( 2 x tensão x carga /massa ) . Para o exemplo :

velocidade = sqrt ( 2 x 1.000 volts x 1.6 x 10 ^ -19 coulombs /(131 amu x 1,66 x 10 ^ -27 kg /amu ) ) velocidade
= 38.000 metros /segundo
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Calcule o impulso , multiplicando a velocidade de um único íon de vezes a massa de todos os íons ejetados por segundo. Por exemplo, suponha que seu propulsor queima 1/10 de um grama de xenon por segundo , o impulso é então:

empuxo = 0,0001 kg x 38.000 metros /segundo impulso
= 3,8 newton