Hallo,
kann man zu Anschauungszwecken Energie aus dem Rauschen von
Widerständen, Zehnerdioden oder anderen passiven Bauelementen gewinnen?
Also z.B. so, dass man das Rauschen mit einer Ge- oder einer
Schottky-Diode gleichrichtet, in einem Kondensator speichert und dann
irgendetwas kleines damit betreibet (Lautsprecher zum Knacken bringen,
LED an kaskadierten Cs leuchten lassen oder so).
Erhöht sich die Rauschamplitude von gleichen Widerständen, wenn man sie
in Reihe schaltet?
Thorsten schrieb:> Erhöht sich die Rauschamplitude von gleichen Widerständen, wenn man sie> in Reihe schaltet?
Die Rauschleistung nicht. Die Rauschspannung schon - aber da kannst du
auch gleich einen größeren Widerstandswert nehmen.
Falls du mit rauschenden Bauteilen so etwas wie Widerstände meist: Das
sind keine Spannungsquellen. Die wandeln elektrische Energie im Wärme
um, nicht umgekehrt. Also nein, mit Widerständen geht es nicht.
Mit Dioden, Transistoren und Kondensatoren ebenfalls nicht. Da kommt
keine Energie raus.
Photodioden könnte man versuchen. Aber die Energiemenge ist sehr gering,
und der Rauschanteil darin noch viel geringer. Es macht wenig Sinn, das
Rauschen aus einem sehr viel größeren Gleichstrom heraus zu filtern um
damit irgendwas zu vorsorgen. Da nimmt man logischerweise lieber den
ganzen Gleichstrom.
Was soll das werden?
Thorsten schrieb:> kann man zu Anschauungszwecken Energie aus dem Rauschen von> Widerständen, Zehnerdioden oder anderen passiven Bauelementen gewinnen?
Nein Maxwells Dämon, der aus Rauschen Energie macht, ist nur eine
Sagengestalt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwellscher_D%C3%A4mon
Vielen Dank für die Beiträge!
Stefan ⛄ F. schrieb:> Falls du mit rauschenden Bauteilen so etwas wie Widerstände meist: Das> sind keine Spannungsquellen. Die wandeln elektrische Energie im Wärme> um, nicht umgekehrt. Also nein, mit Widerständen geht es nicht.
Ist das wirklich so?
Ich habe es so verstanden, dass Widerstände Wärme in elektrische Energie
umwandeln: das thermische Rauschen also, das bei allen
Widerstandsmaterialien gleich ist. *)
Das Stromrauschen entsteht dagegen erst, wenn eine Spannung am
Widerstand anliegt (bzw. umgekehrt beim Spannungsrauschen). Das
Stromrauschen ist in seiner Amplitude nach meinen (Hobby-) Kenntnissen
stark materialabhängig (schlecht: Kohle; gut: Metallfilm).
*)hier hätte sich dann noch die Frage angeboten, ob ein
kurzgeschlossener Widerstand eine andere Temperatur besitzt als ein
gleicher, aber nicht angeschlossener Widerstand
Thorsten schrieb:> Ich habe es so verstanden, dass Widerstände Wärme> in elektrische Energie umwandeln
Kann ich mir nicht vorstellen. Wie soll das gehen? Sogar unabhängig vom
Material?
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerauschen
Z:"Erscheinungsformen: Wärmerauschen äußert sich bei unbelasteten
ohmschen Widerständen als thermisches Widerstandsrauschen, oft einfach
Widerstandsrauschen genannt. Die thermische Bewegung der
Leitungselektronen erzeugt an den Klemmen des Zweipols den Rauschstrom
und die Rauschspannung. Die bei Kurzschluss oder Leerlauf vorliegenden
Werte können als spektrale Rauschleistungsdichte allgemein angegeben
werden. Sie sind proportional zur absoluten Temperatur. Beim
unbelasteten Bauelement ist die Rauschleistung unabhängig vom elektrisch
leitenden Medium, dagegen kann beim von Gleichstrom durchflossenen
Bauelement Stromrauschen hinzu kommen, das beim Kohleschichtwiderstand
weit über dem thermischen Rauschen liegen kann."
Das klingt für mich, als läge am unbelasteten Widerstand eine
Rauschamplitude vor.
Das Dumme ist, in dem Bereich der Elektronenbewegng gibt es keine Leiter
und getrennte Widerstände. Alles ist das gleiche.
Thorsten schrieb:> Also z.B. so, dass man das Rauschen mit einer Ge- oder einer> Schottky-Diode gleichrichtet,
Passiert als Thermospannung zwischen p- und n-Schicht bei Halbleitern,
allerdings auch nicht höher als an der Grenze zwischen zwei Metallen.
Wegen des verschiedenen Elektronengehalts der Metalle entsteht ein
"Druck" des Elektronengases, der in µV je K als Spannung messbar ist.
PN-Geschichten helfen da nicht viel, was an einer Seite an der
PN-Spannung erzeugt wird, geht an den Grenzen der Kontakte
Metall-Halbleiter wieder verloren, wie in einem Messkreis mit
Thermoelementen.
Es gibt/gab Spannungsquellen in der Raumfahrt: Die durch eine
radioaktive Probe erzeugt Wärme wurde mit Thermosäulen direkt in eine
Spannung umgewandelt.
Aber da werden-zig oder hunderte Thermoelemente in reihe geschaltet.
Bei Grenzschichten zwischen P- und N-Halbleiter macht der hohe
Widerstand der Sperrchicht die Ausnutzbarkeit zunichte.
Aus dem Rauschen ließe sich die enthaltene Energie gewinnen, wenn die
Signale nicht zu klein zum Gleichrichten wären. Der Energiegehalt ist
jedoch sehr gering, gegenüber der aufgewendeten Leistung.
Das ist wohl eine Frage die darauf abzielt im Hinblick auf
Energie-Harvesting:
https://www.scinexx.de/news/energie/einbahnstrasse-fuer-elektronen/
Thorsten schrieb:> Also z.B. so, dass man das Rauschen mit einer Ge- oder einer> Schottky-Diode gleichrichtet, in einem Kondensator speichert und dann> irgendetwas kleines damit betreibet (Lautsprecher zum Knacken bringen
Wenn in der Gegen noch ein alter AM-Radiosender betrieben wird, plärrt
der Lautsprecher direkt los. Siehe Wikipedia: Detektorempfänger
Hier in Berlin hatte man den "Berliner Rundfunk" drin. Und so viel
Leistung das es keine ordentliche Antenne mit Schwingkreis brauchte.
Der Sender ist aber längst abgestellt.
So ohne weiteres geht geht das nicht. Der Maxwellsche Dämon ist da schon
das richtige Stichwort.
Im Prinzip geht es, wenn der Widerstand deutlich wärmer ist (und damit
mehr Rauscht) als der Gleichrichter. Allerdings ist die Leistung
minimal.
Nehmen wir an, dass du einen Widerstand auf einem hohen und einen
gleichen auf einem niedrigen Temperaturniveau hast. Die Spannungen an
beiden sind unterschiedlich, es entsteht ein Energiefluss vom wärmeren
zum kälteren Widerstand, der eine wird kälter, der andere wärmer, aber
Energie wird dabei nicht gewonnen.
Falls das exotisch klingt: Das selbe passiert, wenn man einen Draht hat,
den man an einem Ende warm macht. Auch dann kühlt das eine Ende ab und
das andere wird wärmer.
Bei einem kurzgeschlossenen Widerstand geht ja keine Leistung nach
außen, denn bei 0V ist der Strom egal, ebenso bei einem offenen
Widerstand, bei dem der Strom 0 ist.
Zwei parallel geschaltete Widerstände versorgen sich gegenseitig mit
Energie - die Temperatur bleibt.
Der Zahn der Zeit schrieb:> Nehmen wir an, dass du einen Widerstand auf einem hohen und einen> gleichen auf einem niedrigen Temperaturniveau hast. Die Spannungen an> beiden sind unterschiedlich, es entsteht ein Energiefluss vom wärmeren> zum kälteren Widerstand, der eine wird kälter, der andere wärmer, aber> Energie wird dabei nicht gewonnen.
Die Aussage ist richtig. Anders ausgedrückt: Wenn man (nutzbare) Energie
zum Verrichten von Arbeit aus dem thermischen Rauschen eines
Widerstandes gewinnen wollte, würde das erfordern, an diesen Widerstand
eine Last anzuschließen. Diese Last stellt ebenfalls einen
Wirkwiderstand dar, der nach Johnson-Nyquist rauscht. Wenn die beiden
Widerstände die gleiche Temperatur aufweisen, erfolgt netto kein
Energiefluss zwischen ihnen (auch wenn die Widerstände unterschiedlich
groß sind).
Was dahinter steckt, ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, den man
z.B. so formulieren kann: Es existiert keine periodisch bzw.
kontinuierlich arbeitende Wärmekraftmaschine, die nichts anderes macht,
als ein Wärmereservoir abzukühlen und dabei Arbeit zu verrichten.
Ergo: Man kann einem Widerstand keine Rauschenergie zum Leisten von
Arbeit unter Abkühlung der Umgebung entnehmen.
Thorsten schrieb:> Also z.B. so, dass man das Rauschen mit einer Ge- oder einer> Schottky-Diode gleichrichtet, in einem Kondensator speichert und dann> irgendetwas kleines damit betreibet (Lautsprecher zum Knacken bringen,> LED an kaskadierten Cs leuchten lassen oder so).
Nein, die verfügbare Rauschleistung ist bei handhabbaren Temperaturen
und Frequenzbandbreiten dafür viiiiiiiiiel zu gering.
Selbst mit Verstärkern gelingt der Nachweis des temperaturabhängigen
Widerstandsrauschens nur mit einiger Mühe.
Eine handelsübliche Diode 1n4148 im Glasgehäuse wirkt bei Tageslicht als
Solarzelle. Keine Ahnung, warum man Dioden überhaupt in transparente
Gehäuse packt. Da verändert doch je nach Licht die Kennlinie.
Elektron schrieb:> Eine handelsübliche Diode 1n4148 im Glasgehäuse wirkt bei Tageslicht als> Solarzelle. Keine Ahnung, warum man Dioden überhaupt in transparente> Gehäuse packt. Da verändert doch je nach Licht die Kennlinie.
Die 1N4148 und ähnliche werden als Schaltdioden verkauft, finden sich
also hauptsächlich in logischen Funktionen, als Freilaufdioden und zur
Gleichrichtung kleiner Leistungen.
Also dort, wo es auf ein paar nA Sperrstrom nicht ankommt.
Gewöhnlich befindet sich bei einem fertigen Gerät die Schaltung ja auch
noch in einem Gehäuse, welches das meiste Umgebungslicht abschirmt.
Dioden, bei denen Störungen durch Umgebungslicht zu erwarten sind, etwa
Detektordioden für sehr kleine Signale, oder Kapazitätsdioden, bei denen
die Sperrspannung hochohmig eingespeist wird, werden aber tatsächlich
in lichtdichten Gehäusen geliefert.
Im Übrigen ist die Lichtempfindlichkeit der erwähnten Schalt- oder
"Universal"-dioden wegen ihrer Konstruktion als Druckkontaktdioden sehr
viel geringer als bei den alten Spitzenkontaktdioden, bei denen eine
große Fläche des Kristalls dem Lichteinfall offen ausgesetzt war.
Letztere wurden deshalb i.d.R. auch in geschwärzte Glasrohren geliefert.
Bei den Druckkontaktdioden hingegen wird praktisch die gesamte Fläche
des Kristalls von den metallischen Anschlüssen verdeckt, und ein
Lichteinfall ist nur noch von den Kanten her möglich.
Das mit der Diode kann nicht funktionieren, das ist doch jetzt oft genug
gesagt worden (2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Was dagegen funktioniert ist ein thermoelektrischer Generator:
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_generator
Und da man Temperatur als Rauschen versteht, ist das in etwa das
Gesuchte.
Im Prinzip ist ein pt100 schon so ein Rauschbetriebener
Elektrogenerator.
In der Physik ist dergleichen als Seebeck Effekt bekannt, siehe
https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrizit%C3%A4t .
MfG,
Hallo,
das Stichwort "Antenne" ist ja schon einmal hier gefallen. Klar, das
kosmische Rauschen kann mit jeder alten, analogen Fernsehantenne
empfangen werden und auch auf dem Bildschirm wiedergegeben werden.
Damals gab es noch abends den Sendeschluß und dann war nur noch rauschen
zu sehen. (Wie erhohlsam!)
Zwei Physiker arbeiteten mir einer sehr großen 6-Meter-Hornantenne. Aber
selbst damit wäre die resultierende Leistung zu klein um damit eine LED
leuchten zu lassen. Also "sich anschauen können" wird man nur Messwerte,
aber "hören" kann auch ein Rauschen aus einem alten analogen MW-Radio.
https://news.astronomie.info/sky201306/thema.html
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