Kann man einen Ballon mit Elektronen aufblasen?

Wenn ich einen Van-de-Graff-Generator verwende, um Elektronen in einen entleerten Ballon zu pumpen, wird sich schließlich eine negative Ladung im Inneren des Ballons aufbauen. Angenommen, die Öffnung des Ballons ist abgedichtet, damit keine Luft in den Ballon ein- oder austreten kann. Die Elektronen werden gegeneinander drücken und sich nach meinem Verständnis hauptsächlich entlang der Innenfläche des Ballons aufbauen.

Werden diese Elektronen stark genug gegen die Seiten des Ballons drücken, um den Ballon aufzublasen, oder wird dieser ganze Aufbau aus irgendeinem Grund unmöglich sein, den ich nicht sehe, als ob die Elektronen zu schnell durch die Ballonwände driften, um sich aufzubauen?

Angenommen, der Ballon ist so dick wie nötig.

Bearbeiten 1: Ich stellte mir vor, dass, wenn immer mehr Elektronen hineingepumpt werden, einige anfangen würden, mit den Wänden des Ballons zu kollidieren. Diese ständigen Kollisionen mit den Ballonwänden würden einen nach außen gerichteten "Druck" auf die Ballonwände verursachen, genauso wie Luftmoleküle, die mit Ballonwänden kollidieren, Druck erzeugen. Warum sollte sich der Ballon nicht einfach wie mit Luft aufblasen, nachdem der relativ geringe Druck erreicht ist, der zum Aufblasen von Ballons erforderlich ist? Ich stimme zu, dass der "Druck", Elektronen hinzuzufügen, schnell steigen würde, aber das lässt mich glauben, dass er sich mit ziemlich "wenigen" hinzugefügten Elektronen aufblähen würde.

Edit 2: Entschuldigung für die Folgefragen. Ich behaupte keineswegs, dass sich der Ballon aufblasen würde, ich verstehe nur nicht, warum Luft funktionieren würde und Elektronen nicht. Wenn die Ballonwand einige Elektronen aufnimmt, wird sie dann nicht ziemlich schnell negativ geladen und spürt dann direkt eine abstoßende Kraft mit den anderen Wänden des Ballons und den noch freien Elektronen? Dann würde es sich durch eine direkte Kraft anstelle der indirekten Kollisionen der Elektronen mit seinen Wänden aufblasen.

Bearbeiten 3: Vielen Dank für all das Interesse an dieser Frage. Aufgrund einiger Fragen in den Kommentaren werde ich einige Klarstellungsdetails bereitstellen. Nachdem ich die Beobachtungen von count_to_10, Hames Large und Marty Green bezüglich "heißer" vs. "kalter" Elektronen gelesen habe, sehe ich das Experiment als folgendes Diagramm:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

A) Die Umgebung außerhalb des Ballons. Dies kann entweder Luft oder ein Vakuum sein, solange das gesamte Experiment in eine moderne Vakuumkammer passt.

B) Das Innere des Ballons (rot markiert). Wie Ulthran betonte, wäre dies im Wesentlichen ein Vakuum, in dem möglicherweise einige Elektronen herumtreiben.

C) Die obere Kugel eines Van-de-Graff-Generators. Andrea Di Biagio wies darauf hin, dass wir aufpassen müssen, dass sich nicht die gesamte Ladung an einer Stelle ansammelt. Normalerweise wäre die Kugel oben flach, aber hier sind Punkte angebracht, um die Entladung der Elektronen aus der Kugel in einem mehr oder weniger gleichmäßigen Muster zu unterstützen. Dieses Design stammt von meinem begrenzten Wissen über Van De Graff-Generatoren. Bitte zögern Sie nicht, etwas anderes vorzuschlagen, wenn es einen besseren Weg gibt, "kalte" Elektronen in den Ballon zu bewegen.

D) Hier ist die Öffnung des Ballons. Dieser ist mit einem hochisolierenden Material irgendwie fest mit dem Pol des Van-de-Graff-Generators verbunden. Das Ziel ist, dass sich die Elektronen nicht zum Pol bewegen und keine Luft in den Ballon eindringen und Elektronen nicht austreten können.

Ich denke, Andrea Di Biagio ist einer eindeutigen Antwort bisher am nächsten. Die Rechnung kam auf ca N = 4.633 ∗ 10 13 Elektronen erforderlich, um genügend Druck zu erzeugen (Dank an Rotsor für einige Berechnungsanpassungen). Die Frage ist also, können wir so viele Elektronen in den Ballon stecken (es stellt sich heraus, dass sie alle an der Innenwand des Ballons landen) oder wird etwas passieren, um dies zu verhindern, zum Beispiel durch die Ballonwand lecken, dielektrischer Zusammenbruch, Gummi Aufbrechen chemischer Bindungen oder etwas anderes?

Gutes Gedankenexperiment. Aber ich bin mir nicht sicher, ob es praktisch ist.
Damit dies funktioniert und ein Ballon von Elektronen „aufgeblasen“ werden kann, müsste die Abstoßung zwischen den sich aufbauenden Elektronen groß genug sein, um den Druck der umgebenden Luft zu überwinden. Sie erzeugen im Wesentlichen ein Vakuum, da Luft weder in den Ballon eintreten noch aus ihm austreten kann. Ich bin mir nicht sicher, aber ich würde vermuten, dass der Ballon beginnen würde, sich in die Luft zu entladen, bevor er diesen Punkt erreicht.
@Ulthran Was wäre das primäre Mittel, um Elektronen in die Luft zu entladen? Ich nahm an, dass der Gummi im Ballon ein Isolator sein und die Elektronen daran hindern würde, aus dem Ballon herauszuleiten. Ist ein typischer Ballon einfach zu dünn, um ein richtiger Isolator zu sein?
Ehrlich gesagt bin ich mir nicht sicher, ob die mangelnde Leitfähigkeit des Ballons den Entladungsgrad beeinflussen würde oder nicht ... Bei Isolatoren ist es immer schwieriger, so etwas zu beurteilen.
Fantastische Frage - die Art, die mit unserem theoretischen Wissen beantwortet werden sollte, aber es scheint ein Kampf zu sein, eine überzeugende Antwort zu geben!
Andrew, könnten Sie bitte meine Antwort zu den unbeabsichtigten Folgen einer ständigen Änderung Ihrer Frage lesen, danke.
Seien Sie nur vorsichtig mit schwarzen Löchern .
Sie könnten Ihren Van-de-Graff-Generator steuern, aber nicht die Elektronen in der Luft. Ihr Gedankenexperiment wird die theoretischen Annäherungen wirklich durcheinander bringen
Es ist nicht klar, wie der Ballon luftdicht ist, während er über einen Van-de-Graaf-Generator gespannt wird.
@MatthewChristopherBartsh Ich habe das nicht als relevant angesehen, aber der Ballon könnte mit einem luftdichten Dichtmittel oder Kleber an der Mittelsäule des Generators befestigt werden. Außerdem hätte der Kolben des Generators eine luftdichte Abdichtung mit der Säule, und sowohl der Kolben als auch die Säule hätten ein luftdichtes Äußeres.
+1 Eine der interessantesten Fragen, die ich je gesehen habe. Jemand sollte es in einem Labor versuchen. Die Frage könnte jedoch etwas verfeinert werden, denke ich. In der Abbildung zeigen Sie einen bereits aufgeblasenen Ballon, während die Frage „nicht aufgeblasener Ballon“ lautet. Enthält der Ballon ein Vakuum? Besteht außerhalb des Ballons ein Vakuum? Funktioniert der Generator ohne Luft? Sie gehen davon aus, oder? "Kann nicht" ist nicht mehrdeutig. "Kann nicht" ist. Bedeutet das Aufblasen, dass die Atmosphäre zurückgedrückt und ein evakuierter Gummiballon gedehnt wird oder nur ein (Helium-) Beutelballon im Vakuum aufgeblasen wird?
Hallo @MatthewChristopherBartsh . Vielen Dank für Ihr Interesse an dieser Frage. Wenn Sie dieses Experiment jemals sehen, teilen Sie es mir bitte mit. Der Ballon beginnt entleert, aber normalerweise haben entleerte Ballons noch etwas Platz im Inneren (sie schrumpfen nicht auf einen einzigen Punkt). Egal ob Vakuum oder nicht, aber der Druck innerhalb und außerhalb des Ballons sollte gleich sein. Ja, ein VDGG funktioniert ohne Luft. Das Aufblasen bedeutet, gegen den Ballon zu drücken, aber wenn Luft auf beiden Seiten ist, dann auch die Luft.
@MatthewChristopherBartsh Mir war nicht bewusst, dass "kann nicht" mehrdeutig ist. Ich meinte, es ist "nicht möglich, dass Luft in den Ballon ein- oder austritt". Ich habe den Text auf "kann nicht" aktualisiert, um ihn nicht mehrdeutig zu machen.

Antworten (6)

Die Elektronen können mit dem Material des Ballons interagieren, aber wenn Sie meine Gründe unten lesen, denke ich, dass die Elektronen direkt durch den Kunststoff wandern werden.

Luftballons bestehen aus drei Teilen:

  1. Latex: Ca(NO3)2 + H2O + C2H6O, C5H8, (2-Methyl-1,3-Butadien)
  2. Pigmente sind; Ultramarinblau, (Na8-10Al6Si6O24S2-4) + (Na3CaAl3Si3O12S), Rot, Hämatit (Fe2O3) und Gelber Ocker, FeO(OH) nH2O.
  3. Gerinnungsmittel : Ca(NO3).

Ich behaupte keineswegs, dass sich der Ballon aufblasen würde, ich verstehe nur nicht, warum Luft funktionieren würde und Elektronen nicht. Wenn die Ballonwand einige Elektronen aufnimmt, wird sie dann nicht ziemlich schnell negativ geladen und spürt dann direkt eine abstoßende Kraft mit den anderen Wänden des Ballons und den noch freien Elektronen? Dann würde es sich durch eine direkte Kraft anstelle der indirekten Kollisionen der Elektronen mit seinen Wänden aufblasen.

Wir haben die Technologie, kalte Luft gegen einen Druckgradienten zu pumpen, aber nicht kaltes Elektronengas zu pumpen, also können wir die beiden nicht gleichsetzen, wenn es darum geht, den Ballon zu füllen. Die Verwendung heißer Elektronen ist also unsere einzige Option, und dies wird den Ballon zerstören.

Mein aufrichtiger Dank geht an James Large, dass er mich darauf hingewiesen hat, und ich entschuldige mich beim OP dafür, dass er diesen Punkt nicht früher verstanden hat, falls dies in seiner obigen Frage erwähnt wird.

Ich behaupte, dass sich die meisten der heißen, winzigen, sich schnell bewegenden Elektronen entweder mit einer dieser vielen Verbindungen in der Wand des Ballons verbinden oder, viel wahrscheinlicher, einfach direkt durch sie hindurchgehen. Mit anderen Worten, die Ballonwände können auch gar nicht erst vorhanden sein.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bild von Electron Gun Wikipedia

Eine Elektronenkanone aus einem alten Fernsehgerät. Der Bildschirm dieser Fernseher enthält Bleioxidglas, da schnelle Elektronen gefährlich sind und der Ke der Elektronen wahrscheinlich hoch ist, um leicht durch Kunststoff zu brennen. (Korrektur des Originaltextes dank James Large)

Was passiert, wenn wir weiterhin Elektronen in den Ballon schieben (selbst wenn wir ein kaltes Elektronengassystem hätten)? Die kinetische Energie der Elektronen im Inneren nimmt zu, aber die Kraft, die erforderlich wäre, um immer mehr Elektronen in eine immer stärkere Sphäre negativer Ladung zu schieben, wäre beträchtlich. Es kann durchaus sein, dass die Wärme, die durch die Ke der Elektronen und das System, das benötigt wird, um sie in den Ballon zu pumpen, erzeugt wird, genug Wärme erzeugt, um den Kunststoff in kürzester Zeit zu schmelzen.

Der Klarheit halber wurden Kommentare zur Frage hinzugefügt
Wenn die kinetische Energie der Elektronen hoch genug ist, um es schwierig zu machen, mehr zu injizieren, reicht dies doch auch aus, um den Ballon aufzublasen?
Betreff: "Der Bildschirm dieser Fernseher war mit Blei ausgekleidet (deshalb sind sie so schwer)" Nein, nicht mit Blei ausgekleidet : Sie wurden aus Bleioxidglas hergestellt - dem gleichen Material, aus dem feines Kristall besteht. Es ist nicht viel schwerer als normales Glas. Der Hauptgrund, warum große CRTs so viel wogen, war, dass das Glas dick sein musste, um dem atmosphärischen Druck standzuhalten. (Nichts drin als hartes Vakuum!) Die Fläche eines großen Farbfernsehbildschirms kann 450 Quadratzoll oder mehr betragen. Das müsste mehr als drei Tonnen Atmosphärendruck auf Meereshöhe aushalten.
Zu "heiße, winzige, winzige, sich schnell bewegende Elektronen" Ja. Ein hochenergetischer Elektronenstrahl würde direkt durch den Ballon brennen, aber ich denke, das OP stellte sich vor, dass wir ihn irgendwie mit kalten Elektronen füllen könnten. Ich kenne keine Technologie, die das leisten könnte, aber wenn es eine solche gäbe ... Ich vermute, dass die Fähigkeit des Ballongewebes, die Elektronen aufzunehmen, durch seine Durchschlagsfestigkeit begrenzt wäre . Es ist die Stärke des elektrischen Feldes (gemessen in Volt pro Meter), die bewirkt, dass ein Material Elektrizität leitet.
Re: "Was passiert, wenn wir weiter Elektronen in den Ballon schieben? Die kinetische Energie der Elektronen im Inneren nimmt zu, aber die Kraft, die erforderlich wäre, um mehr Elektronen in eine immer stärkere Sphäre mit negativer Ladung zu zwingen, wäre beträchtlich." Das klingt auch sehr danach, was passieren würde, wenn wir versuchen würden, immer mehr Luft in einen Ballon zu drücken. Das Endergebnis ist, dass ein Teil der Energie in das Dehnen des Ballongewebes fließt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass wir eine Technologie zum Pumpen kalter Luft gegen einen Druckgradienten haben, aber nicht zum Pumpen von kaltem Elektronengas.
@count_to_10 Es tut mir leid, wenn ich Ihnen Probleme mit der Bearbeitung meiner Frage bereitet habe. Ich bin neu beim Stack-Tausch, also weiß ich es zu schätzen, dass Sie darauf hinweisen, dass ich mich in schlechter Etikette benehme. Ich wollte nur Details hinzufügen, um meine Frage zu klären. Die ersten beiden Änderungen waren ursprünglich Kommentare, und als ich sah, dass Sie Ihre Kommentare in Ihre Antwort verschoben haben, tat ich dasselbe und dachte, es sei die richtige Etikette. Sie haben die Frage auch nicht geändert, sie haben nur darauf hingewiesen, dass ich nicht verstehe, warum das, was in Ihrer Antwort stand, tatsächlich passieren würde.
Ursprünglich habe ich "Elektronenstrahl" (nicht Elektronenkanone) gesagt, was auch Elektronen beinhaltet, die einen Van-de-Graaff-Generator verlassen (siehe nist.gov/pml/div682/grp02/solar_cell.cfm ). Ich dachte, ich mache die Torpfosten tatsächlich einfacher, da jede "Nein" -Antwort zu allgemeinen Elektronenstrahlen immer noch gültig wäre. Ich sehe jetzt, das war ein Fehler.
ok, ich bewundere aufrichtig Ihren Enthusiasmus und dass Sie es gut gemeint haben, und fairerweise lieben die Leute Ihre Frage absolut. Es ist brilliant. Ich garantiere Ihnen auch, dass ich die dümmste Frage gestellt habe, die jemals auf dieser Seite zu sehen war, als ich anfing. Hey, es gibt 80.000 Fragen auf dieser Seite, aber ich zucke immer noch zusammen, wenn ich meine sehe. Sie lassen die Fragen auf jeden Fall kommen, aber die Moderatoren können ein Rollback zum Original durchführen, es liegt an ihnen. Ich werde meinen Kommentar morgen löschen, nur um dem Benutzer gegenüber fair zu sein, aber ich werde ihn in einer Stunde abschwächen. Alles Gute.
Hallo Andrew, ich habe den Wortlaut meiner Kommentare geändert und das könnte das Ende sein. Um noch einmal auf die Physik zurückzukommen, könnten Sie später eine Frage stellen :) , in Anlehnung an diese Frage, ob Ihre Idee funktionieren könnte, wenn der Ballon eine Innenverkleidung aus Aluminiumfolie hätte, um das Austreten von Elektronen durch die Wände zu reduzieren.
@SolomonSlow Ein winziger Nitpick. Sie sagen: "Das müsste mehr als drei Tonnen Atmosphärendruck auf Meereshöhe aushalten." Druck kann nicht in Tonnen gemessen werden, aber Kraft kann es, also denke ich, dass "Tonnen atmosphärische Kraft" "genauer" wäre.
@MatthewChristopherBartsh, das ist das erste Mal, dass ich jemanden "atmosphärische Kraft" sagen höre; aber ja, du hast recht, das wäre eine genauere Beschreibung des Phänomens.

Elektronen im Ballon wollen so weit wie möglich voneinander entfernt werden, also werden sie auf die Oberfläche des Ballons drücken, was dazu neigt, ihn aufzublasen. Soweit ich sehe, wird der Erfolg des Experiments von zwei Dingen abhängen.
Erstens, werden genügend Elektronen im Ballon sein, damit die Kräfte gleichmäßig verteilt werden? Wenn Sie eine sehr starke Kraft auf einen begrenzten Bereich ausüben, wird der Ballon durchstochen.
Zweitens, wird die Ladungsdichte niedrig genug sein, damit sich der Ballon nicht entlädt?

Um einige Berechnungen durchzuführen, gehen Sie davon aus, dass es solche gibt N Elektronen innerhalb des Ballons, und dass sie gleichmäßig auf seiner sphärischen Oberfläche mit Radius verteilt sind r .

Aufgrund der Symmetrie der Situation erfährt jedes Elektron eine radiale Kraft, die der entspricht, die es erfahren würde, wenn eine Ladung von ( N − 1 ) q e ≃ N q e wurde in der Mitte der Kugel platziert.

Der Druck ist also die Kraft pro Flächeneinheit

p = N 4 π r 2 k N q e q e r 2 = k N 2 q e 2 4 π r 4

Damit diese Situation überhaupt plausibel ist, p muss in der Größenordnung des atmosphärischen Drucks liegen 101   k P a , die den Ballon aufbläst, bevor die Oberflächenspannung angreift. Einstecken r = 2.5   c m (ein fairer Schätzwert für den Radius eines schlaffen Ballons) und das Auflösen nach der Anzahl der Elektronen, die wir erhalten:

N ≃ 5 × 10 13
gibt eine Zahlendichte von an ρ = 6 × 10 fünfzehn   m − 2 .

Wir können nun unsere anfänglichen Annahmen überprüfen. Der durchschnittliche Abstand zwischen zwei Elektronen liegt in der Größenordnung der Seite eines Quadrats mit Fläche 1 / ρ , das ist ungefähr 10 − 8   m .

Ich brauche hier etwas Hilfe, um fortzufahren. Das bedeutet für mich, dass die Elektronen dicht genug sind, damit die Kräfte nicht zu konzentriert sind, um den Ballon mechanisch zu zerreißen. Mehrere Elektronen, die einem Molekül so nahe sind, könnten jedoch ihre chemischen Eigenschaften stören und so das Material zersetzen. Leider weiß ich nicht genug Chemie, um darauf zu antworten. Hoffentlich kann jemand etwas beitragen?

Würden sich wirklich alle Elektronen nur auf der Oberfläche des Ballons verteilen? Wenn ein Elektron 1 mm von der Wand entfernt platziert würde, würde es dann nicht eine Nettokraft in Richtung Zentrum spüren? Eine sehr starke Kraft von der Wand, neben der es steht, und eine schwache Kraft von der gegenüberliegenden Wand, weil die Kraft proportional zu ihr ist 1 r 2 .
Ich glaube, ich verstehe nicht, warum wir die Gesamtkraft als Punktladung im Zentrum modellieren können ( N − 1 ) q e aufladen. Wenn Sie ein Elektron 1 Pikometer von der Mitte entfernt platzieren, erfährt es aufgrund der Symmetrie fast eine Kraft von 0, aber diese Annahme besagt, dass es eine massive Kraft erfahren wird.
Diese Art der Annäherung ist eigentlich ziemlich üblich bei Problemen mit Kräften der 1 / r 2 nett. Siehe en.m.wikipedia.org/wiki/Shell_theorem
Hallo Andrea, Glückwunsch zur Mathematik, ich wäre immer noch in der ersten Zeile :). Ich liste die Verbindungen eines Ballons unten in meiner Antwort auf, also arbeite damit, aber ich glaube nicht, dass es zu einer Inflation kommen wird, es gibt einfach zu viele Optionen für die winzigen heißen Elektronen im Vergleich zu Luft. Es ist eine lustige Frage, viel Glück mit Ihrer Antwort,
@count_to_10 danke! Ich werde es mir morgen früh ansehen (hier ist es fast 12 Uhr) und sehen, was ich tun kann. Tbh, ich habe gerade an ein elektrostatisches Problem gedacht, bei dem Elektronen auf der Oberfläche des Ballons "erscheinen", ohne jegliche Dynamik.
Ich erhalte ein anderes Ergebnis, wenn ich Ihre Zahlen einsetze: sqrt (101000/9e9/1.602e-19^2*4*pi*0.025^4)gibt mir N ~ 4.633e13.
Danke @Rotsor das ist sehr gut möglich, ich bin ziemlich müde atm. Ich werde meine Antwort morgen früh überarbeiten! Das tut mir leid
Ja, hier ist es 23.30 Uhr, belassen wir es dabei. Ich hatte die elektrostatische Seite völlig ignoriert
@AndreaDiBiagio Ich denke, es muss eine kleine Anpassung am " ( N − 1 ) q e Ladung in der Mitte platziert "Vereinfachung. Wenn sich die Elektronen innerhalb der Kugel befinden, erfahren sie eine Kraft von 0 N, und wenn sie sich außerhalb der Kugel befinden, spüren sie die gleiche Kraft wie bei Ihrer vorgeschlagenen Vereinfachung. Sie befinden sich jedoch so am Rand der Kugel intuitiv würden wir den Durchschnitt der "inneren" und "äußeren" Lösungen oder genau die Hälfte Ihrer Vereinfachung verwenden.Ich habe mit N = 470 in en.wikipedia.org/wiki/Thomson_problem nachgesehen und es scheint zuzustimmen.Ich denke, wir sollten verwenden ( N − 1 ) q e 2
Ich denke, dass das Hauptproblem bei diesem Ansatz darin besteht, dass Elektronen nicht stationär sind. Sie bewegen sich, wenn nicht eine äußere Kraft auf sie einwirkt. Sie verlangen also, dass sich Ihr Ballon in einer Elektronenfalle befindet oder dass sie, sobald sie in diesen Ballon injiziert wurden, im Ballon zirkulieren oder herumspringen, um eine Wolke von Elektronen bereitzustellen, die im Ballon enthalten ist, was ebenfalls eine Elektronenfalle erfordert. da Elektronen nicht wirklich abprallen. Was vermisse ich? en.wikipedia.org/wiki/Degenerate_matter gibt an, dass freie oder entartete Elektronen nur bei niedriger Temperatur oder hoher Dichte existieren ...
@BenPen Nun, ich dachte, dass die Elektronen aufgrund ihrer Ladung dazu neigen, die Trennung voneinander zu maximieren und so die Ballonwand zu finden. Dort sind sie stationär, weil sie auf einer nicht leitenden Oberfläche nicht fließen können.
Ja, das stimmt wahrscheinlich eher. Alle Antworten "kreisen" um dieses Schema. Ich würde gerne irgendwann das Experiment mit dem Glockenglas-Van-de-Graff-Generator ausprobieren. Jemand muss hier über die Ergebnisse des Physiklabors berichten. (oder sogar Science-Fair-Ergebnisse ...)

Eine Sache, die Sie NICHT tun können, ist, einen Ballon aufzublasen, indem Sie ihn an Ihrem Pullover reiben. Sie können den Ballon in Bezug auf die Spannung ziemlich stark aufladen (vielleicht 10 kV), aber der Ballon wird nicht größer.

Ich mache hier ein bisschen Ballparking und für einen Druck von 1 Atmosphäre bekomme ich 10 fünfzehn Elektronen bei a 10 cm Radius, der im Kommentarfeld von Di Biagios Antworten nahe an @Rotsor liegt. Das gibt mir eine Spannung von ca 10 M.V. bzw 1000 mal das, was Sie bekommen, wenn Sie den Ballon an Ihrem Pullover reiben - und in der Größenordnung dessen, was Sie von einem sehr effizienten Van de Graaff-Generator bekommen könnten. Was (erheblich) kalt ist. Ich denke, wenn Sie diese Elektronen in einen Ballon bekommen könnten, damit sie sich nicht entladen können, würden Sie ihn aufblasen.

Woher weißt du, dass der Ballon nicht größer wird? Hat das jemand im Labor gemessen?

Es ist durchaus möglich, Gegenstände elektrostatisch zu bewegen. Siehe zum Beispiel das Blattgold-Elektroskop hier:

https://en.wikipedia.org/wiki/Elektroskop

Wenn Ihr Ballon aus einem geeigneten Material besteht (ultradünn und leitfähig, um Ladung zu verteilen, z. B. Blattgold) und offen ist, um Luft durchzulassen, anstatt versiegelt zu sein, kann ein Van-de-Graaf-Generator ihn möglicherweise aufblasen. Die Abstände (und Kräfte) wären ähnlich denen auf den Fotos der "Van-de-Graaf-Frisur" hier

https://en.wikipedia.org/wiki/Van_de_Graaff_generator

Wenn Sie es jedoch versiegeln, muss es sich gegen den atmosphärischen Druck aufblasen. Wenn es das 10-fache seiner ursprünglichen Größe erreicht, würde der Innendruck 1/10 Atmosphäre betragen. Das ist fast eine Atmosphäre Druckdifferenz: 14,7 lbf pro Quadratzoll oder 10 N (etwa 1 kgf) pro Quadratzentimeter. Auf die ganze Fläche multipliziert sind die Kräfte enorm, wie in diesem Video eines implodierenden Kesselwagens https://www.youtube.com/watch?v=UpWeU2fvFGs zu sehen ist . Offensichtlich sind die beteiligten Kräfte viel größer als diejenigen, die erforderlich sind, um jemandem die Haare zu Berge zu stellen.

Fazit: Theoretisch wäre es machbar. In der Praxis würden Sie astronomisch hohe Spannungen benötigen, um den atmosphärischen Druck zu übertreffen. Es ist wahrscheinlich unmöglich, solche Spannungen zu halten, ohne dass sie lecken oder wegschlagen.

(Ich liebe diese Frage, physikalische Was-wäre-wenn-Fragen machen viel Spaß. Da ich keine Kommentare abgeben kann, werde ich einfach mit einer verwandten Antwort weitermachen, sorry.)

Wenn ich einige der obigen Antworten abziehe, vermute ich, dass die Antwort nein ist, es wird aufgrund des materialwissenschaftlichen Aspekts der Dinge keinen Ballon mit einem ATM-Druck aufblasen. Wenn Sie die Spannung auf 10 MV erhöhen müssen, um Aufblasdrücke bereitzustellen ( Analyse der Spannungen von Marty , große Einschränkung der physikalischen Realität, Durchschlagsfestigkeit ist eine gute Möglichkeit, die Materialeigenschaften zu vereinfachen.)), dann haben Sie "Containment-Probleme" Elektronen don Sie springen nicht, sie folgen einfach dem Potenzial, und bei 10 MV haben Sie ernsthafte Probleme mit dem dielektrischen Durchschlag. 10 MV reichen aus, um einen 3 Meter langen Lichtbogen in Luft zu erzeugen (siehe Spannungen bei Blitzen ).) Der Versuch, dieses Potential ohne Elektronenfluss in einem "Ballon" einzudämmen, verwandelt die Form in eine Kugel mit dicken Wänden anstelle eines Ballons. Gibt es eine Möglichkeit, die Aufblaskraft zu fordern, um die Form beizubehalten und dennoch dielektrisch einwandfrei zu sein? Wahrscheinlich nicht bei 1Atm Druck.

Wenn Sie ein solches Experiment in einem Vakuum (Raum) durchführen würden, könnten Sie wahrscheinlich einen Mylar-Ballon auf diese Weise "aufblasen", da kein Innendruck einer Atmosphäre auszugleichen ist, obwohl der Elektronenstrahl wahrscheinlich durch eine "Öffnung" gehen kann leckt auch Elektronen, so dass Sie am Ende die Elektronen innerhalb der Hülle erzeugen müssen. Ich begründe dies auf der Tatsache, dass sich statische Elektrizität gleichmäßig über einen Isolator (die Außenseite eines Ballons) ausbreitet; Mit einem Bereich, der Elektronen fließen lässt, werden das Innere und Äußere des Ballons zu einer Oberfläche, über die Elektronen verteilt werden. Das ist in Ordnung, außer dass Elektronen im Vakuum als Strom von hohem Potential zu niedrigem Potential fließen ...

BEARBEITEN: In einer Bearbeitung, die mit der dritten Bearbeitung von OP übereinstimmt, werde ich sagen, dass es einem isolierten Experiment viel näher kommt, das den Ballon "aufblasen" würde.

Das Experimentdesign würde wie folgt aussehen, und an diesem Punkt haben Sie meiner Meinung nach eine gute Chance, den Ballon aufblasen zu sehen, zumindest einige:

  1. Pumpen Sie mit dem Ballon (locker befestigt, um den Luftdruck auszugleichen) und dem in einer Glocke versiegelten Van-de-Graff-Generatorkopf so viel Luft wie möglich heraus.
  2. Legen Sie einen Schalter um und versiegeln Sie den Hals des Ballons fest gegen den Generatorhals.
  3. Schalten Sie den Generator ein.

Sie sollten zumindest genug Abstoßung bekommen, um den Ballon gegen die Schwerkraft vom Generator abzuheben und möglicherweise bis zu dem Punkt, an dem er sich zu dehnen beginnt. Es scheint wie ein 50/50-Schuss, ob ein Ballon genug Spannung enthalten kann, um den Ballon ohne dielektrischen Zusammenbruch erheblich zu dehnen, aber nur das anfängliche Aufblasen wäre großartig zu sehen.

Ich gebe zu, dass die "statische Elektrizität, die sich gleichmäßig über einen Isolator (die Außenseite eines Ballons) ausbreitet" möglicherweise davon abhängt, dass ein anderer Isolator ein Abfließen von der Oberfläche verhindert, was in einer Vakuumsituation nicht zutrifft. Können Sie im Fall der Luft überhaupt einen "Elektronenstrahl" haben? Das scheint ein Problem zu sein, weil Elektronen Atome treffen, bevor sie den Ballon erreichen ...
(Und ja, mein Hintergrund ist eine Mischung aus Physik / Ingenieurwesen, also ist Materialwissenschaft die Art und Weise, wie ein Ingenieur sagt: "Die Erfahrung zeigt, dass dies irgendwie wahr ist", also fehlt meiner Antwort vielleicht eine besondere Strenge ...)

Ich denke, es funktioniert nicht. Alle Elektronen sollen zur Innenfläche des Ballons gedrückt werden. Das Potenzial des Ballons steigt weiter an und wird schließlich zu einem großen negativ geladenen Ballon. Sie können daraus schließen, was passiert.

Das sollte in Ordnung sein. alle negativ geladenen Ballonwände sollten sich elektrostatisch abstoßen. Aber geht das Potential über das hinaus, was ohne dielektrischen Durchschlag gehalten werden kann, oder schafft es es, es aufzublasen? Darauf versucht meine Antwort einzugehen...
Kann man einen Ballon mit Elektronen aufblasen?
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