Strom aus einem Atom

Dies war vor einem Jahrhundert ein großes Mysterium in der Physik. Nach der klassischen Physik sollte ein Elektron, das einen Kern umkreist, elektromagnetische Wellen aussenden und (sehr schnell) spiralförmig in den Kern eindringen.

Mathematisch lässt sich zeigen, dass der Schrödinger-Hamiltonoperator mit attraktivem 1/r-Potential ($1/r^2$Kraft) ist nach unten begrenzt, also gibt es einen Zustand niedrigster Energie. Dies liegt teilweise an der Unschärferelation, hängt aber auch von der Form des Potentials ab. Für ein$1/r^2$(oder stärkeres) Potential kann der Hamilton-Operator nach unten unbegrenzt sein, so dass Sie unendliche Energie extrahieren können.

John Baez hat eine nette Diskussion darüber.

Es liegt tatsächlich an einer geringfügigen Anpassung, die in Ihrer ersten Annahme erforderlich ist. Elektrizität ist nicht nur der Fluss von Elektronen. Es ist der Fluss von Elektronen von einem hohen Potential zu einem niedrigen Potential. Innerhalb eines Atoms bleibt das Elektron auf einem konstanten Potential, es gibt also keine Arbeit zu gewinnen.

Es ist ähnlich, wie wir ein Wasserrad verwenden können, um die Energie von Wasser einzufangen, das von einer großen Höhe in eine niedrigere Höhe fließt, aber wir können keine Energie aus der Brown'schen Bewegung der sich bewegenden Wassermoleküle in einem See gewinnen. Es gibt Bewegung, es geht nur nicht von einem hohen Potential zu einem niedrigen Potential (in diesem Fall Gravitationspotential), also können wir daraus keine Arbeit erzeugen.

(1) Denken Sie in dieser Situation an die Energieerhaltung - wenn wir den elektrischen Strom der Orbitalelektronen nutzen könnten , um irgendeine Form von Arbeit zu verrichten, woher würde die Energie kommen? Dass sich die Elektronen in stabilen "Umlaufbahnen"* befinden, impliziert, dass sie jegliche überschüssige Energie abgegeben haben und sich in einem friedlichen Zustand niedrigster Energie befinden. Im allerbesten Fall könnten wir vielleicht etwas von der Orbitalenergie verbrauchen und die Elektonen in ein Orbital mit niedrigerer Energie zwingen, wenn sie ihre Energie abgeben, was keine nachhaltige Quelle für makroskopischen Strom ist.

Und ja, die Zufälligkeit der Ausrichtung der Atome würde die Erzeugung eines Nettostroms erschweren, genauso wie ein Haufen wackelnder Luftmoleküle (Luft in "Ruhe") nicht spontan ein Lüfterblatt drehen möchte.

(2) Es gibt eine Form des radioaktiven Zerfalls, die als interne Umwandlung bezeichnet wird, bei der ein angeregter Kern ein Elektron ausstößt. Andernfalls wird die Ionisierung oder Wechselwirkung mit einem anderen Atom die "Umlaufbahn" des Elektrons eines Atoms verändern.

* ("Umlaufbahn" steht in Anführungszeichen, weil Sie Elektronen nicht visualisieren sollten, die wie Planeten um die Sonne um einen Kern fliegen - es gibt viele andere Physik-SE-Antworten, die sich damit befassen.)

Randell Mills gründete 1991 ein Unternehmen, das behauptete, eine unbegrenzte Energiequelle entdeckt zu haben, indem es Elektronen in Wasserstoff zwang, auf ein niedrigeres Energieniveau als den Grundzustand zu gehen, wodurch sogenannte "Hydrinos" gebildet wurden. Siehe Brilliant Light Power, Inc., ehemals BlackLight Power, Inc. Bis 2006 gelang es diesem Unternehmen, 60 Millionen US-Dollar an Geldern von leichtgläubigen Investoren zu sichern, und es scheint immer noch mit einer ähnlichen angemessenen Finanzierung in Betrieb zu sein. Prominente Physiker, die erklärten, dass dies gegen die Gesetze der Physik verstoße, wurden von den Anwälten des Unternehmens zum Schweigen gebracht. So gibt es Menschen, die glauben, dass die Energie der Atome nutzbar gemacht werden kann und davon sogar ziemlich gut leben können.