Cómo calcular el empuje para un Sistema de Energía Eléctrica

Imagine la factura de combustible para el transbordador espacial . Ya es bastante difícil para llenar su coche con 16 galones de gas ordinario , así que imagina el costo para llenar un tanque de 526,000 galones con combustible para cohetes . Y eso es sólo para transportar un satélite en órbita . Una vez en órbita , los satélites tienen a chorro en torno con el combustible que han traído a sí mismos . El viaje espacial es caro y hay una búsqueda constante de medios menos costosos de propulsión.
El empuje generado por un sistema de propulsión es proporcional a la masa del propulsor multiplicada por su velocidad . Es decir, el envío de una nave espacial 50 gramos de propelente de distancia a 3 metros por segundo tiene el mismo empuje como otro envío de 25 gramos de distancia a los 6 metros por segundo. Esa es la idea detrás de la propulsión eléctrica : Use menos masa que los sistemas de propulsión tradicionales , todavía expulsar más rápidamente. Y con lo que menos masa en órbita de la Tierra significa que la nave es más ligero , por lo que necesita combustible para cohetes menos costoso para el primer lugar. Instrucciones Matemáticas 1

Calcular la carga de los iones de propelente . Los cohetes químicos proporcionar empuje por la mezcla de dos compuestos que reaccionan y liberan energía . Sistemas de propulsión eléctricos crean su empuje por la adición de energía a los átomos cargados : Iones . Por ejemplo , usted podría tener un ion de xenón con una carga de +1 .
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Determinar la masa de su ion propulsor. Usted puede encontrar la masa atómica en una tabla periódica ; redondear al número entero más próximo . Xenon , por ejemplo, tiene una masa atómica de 131.29 , que se redondea a 131 unidades de masa atómica ( uma) .
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Definir el voltaje de aceleración de su sistema de propulsión eléctrica . Si haciendo cálculos para un sistema existente , usted encontrará esto en las especificaciones del sistema . Si usted está diseñando su propio sistema , que tendrá que hacer un cálculo aproximado y ver cómo funciona. Por ejemplo , usted podría escoger a 2.000 voltios .
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Calcular la velocidad de salida de un solo ion . Esta es la velocidad a la que sale de la nave espacial . La velocidad está dada por: velocidad = sqrt ( 2 x voltaje x carga /masa ) . Para el ejemplo :

velocidad = sqrt ( 2 x 1.000 voltios x 1,6 x 10 ^ -19 coulombs /( 131 amu x 1,66 x 10 ^ -27 kg /amu ) ) Velocidad
= 38.000 metros /segundo
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Calcular el empuje multiplicando la velocidad de un solo ion veces la masa de todos los iones expulsados ​​por segundo. Por ejemplo , suponga que su propulsor quema décima parte de un gramo de xenón por segundo , la idea central es entonces:

empuje = 0.0001 kg x 38.000 metros /segundo empuje
= 3,8 newton