Eure Schild-Theorien

[McWire]

Woran stößt du dich bzgl. Totalreflexion?

Auch wenn ich nicht "1 von 1" bin, würde mich daran die totale Verspiegelung des Raumschiffes stören, wodurch die Sensoren unbenutzbar würden.
Ein effektiver Gefechtsschild ist nur sinnvoll, wenn er die Sensoren nutzbar lässt.

In Star Trek hat man das Problem "gelöst", indem man Schildfrequenzen und Teildurchlässigkeiten eingeführt hat.

[mimesot]

Wie errechnet man den Brechungsindex von einem Plasma?

jedwede Anordnung würde den Strahl innerhalb des Schildes nur hin oder herbiegen aber am letztendlichen maximal erreichbaren Austrittswinkel wenig ändern(nur seine Relative Position) wenn der maximal erreichbare Bi des Plasmas n=0,5 ist
->was wir brauchen ist ein Plasma mit einem Brechungsindex n~0 oder nahe dem (deine errechneten 30° resultieren ja aus dem angenommenen n=0,5)

gut wenn die Plasmaschicht sehr tief(dick) wäre und der Abstand Raumschiff-Plasmaschicht hoch->könnte der Strahl bevor er durch den Wiedereintritt in das Vakuum(zw Raumsch u Plasmaschicht) auf seinen ursprünglichen Winkel zurück gebrochen wird genug verschoben worden sein um am Raumschiff vorbei zu gehen(allerdings würde er dann wohl im inneren der Plasmasphäre total reflektiert werden->geeigneteres Plasma zu finden scheint die günstigere Alternative)

Da wir ja hier nicht exakt StarTrek-Schilde diskutieren, sondern, was die bestmögliche Näherung an ST-Schilde mit realistischen Mitteln ist, wären "dicke" Schilde ja gar nicht so verachtenswert. Das mit der Verschiebung des strahls am Schiff vorbei wäre ebenso zu befürworten. Woran stößt du dich bzgl. Totalreflexion?

[1 von 1]

*an den Kopf klatsch* ich hab ja ganz das Vakuum selbst vergessen-> wir brauchen ergo nicht mehrere Schichten(da das Vakuum ja schon eine Schicht bildet)

Brechungsindex n1=1 Vakuum
Brechungsindex n2 zwischen 0 und 1 für Plasma
w1, w2 Winkel vom Lot in jeweiligem Medium

Snellius'sches Brechungsgesetz:
sin(w1) / sin(w2) = n2/n1
also
w2 = arcsin( sin(w1)*n1/n2 ) nehmen n2=0,5

Der arcsin ist definiert zwischen -1 und +1, also haben wir die Bedingung
|sin(w1)*2| < 1
also
w1<30°=pi/6

Bei allen Einfallswinkeln vom Lot >30° hätten wir dann Totalreflexion. Leidergottes wird unser Schiff wahrscheinlich stets sehr direkt beschossen, sodass sich oftmals ein fast lotrechter Einfallswinkel ausegehen wird. Eine rein sphäreische Plasmaschicht vermindert also allenfalls das Trefferrisiko bietet aber keinen suffizienten Schutz vor einem Angreifer der zielen kann.

Wir brauchn eine clevere Anordnung der Plasmaschichten.

jedwede Anordnung würde den Strahl innerhalb des Schildes nur hin oder herbiegen aber am letztendlichen maximal erreichbaren Austrittswinkel wenig ändern(nur seine Relative Position) wenn der maximal erreichbare Bi des Plasmas n=0,5 ist
->was wir brauchen ist ein Plasma mit einem Brechungsindex n~0 oder nahe dem (deine errechneten 30° resultieren ja aus dem angenommenen n=0,5)

gut wenn die Plasmaschicht sehr tief(dick) wäre und der Abstand Raumschiff-Plasmaschicht hoch->könnte der Strahl bevor er durch den Wiedereintritt in das Vakuum(zw Raumsch u Plasmaschicht) auf seinen ursprünglichen Winkel zurück gebrochen wird genug verschoben worden sein um am Raumschiff vorbei zu gehen(allerdings würde er dann wohl im inneren der Plasmasphäre total reflektiert werden->geeigneteres Plasma zu finden scheint die günstigere Alternative)

[mimesot]

Könntest du Mal eine Skizze anfertigen, wie du dir die Anordnung der optisch dünnereren und dichteren Medien vorstellst? Dann könnten wir die Einsatzzwecke auch diskutieren.

Ich habe übrigens auf deinen genannten Wiki-Seiten gelesen, dass Plasma einen negativen Brechnungsindex hat (zwischenfrage: Warum?). Vielleicht lässt such das zu unserem Vorteil nutzen.

EDIT:
Licht aus dem Vakuum gebrochen in Plasma:

Brechungsindex n1=1 Vakuum
Brechungsindex n2 zwischen 0 und 1 für Plasma
w1, w2 Winkel vom Lot in jeweiligem Medium

Snellius'sches Brechungsgesetz:
sin(w1) / sin(w2) = n2/n1
also
w2 = arcsin( sin(w1)*n1/n2 ) nehmen n2=0,5

Der arcsin ist definiert zwischen -1 und +1, also haben wir die Bedingung
|sin(w1)*2| < 1
also
w1<30°=pi/6

Bei allen Einfallswinkeln vom Lot >30° hätten wir dann Totalreflexion. Leidergottes wird unser Schiff wahrscheinlich stets sehr direkt beschossen, sodass sich oftmals ein fast lotrechter Einfallswinkel ausegehen wird. Eine rein sphäreische Plasmaschicht vermindert also allenfalls das Trefferrisiko bietet aber keinen suffizienten Schutz vor einem Angreifer der zielen kann.

Wir brauchn eine clevere Anordnung der Plasmaschichten.

[1 von 1]

PS: Außerdem fällt mir grad ein, dass die Abwehr eines Torpedos auch bedeutet, nicht kohärentes Licht (im weitesten Sinne, von Infrarot bis hin zu Gammastrahlen) zu dissipieren. Also ist die Abwehr von Licht eine essentielle Abforderung an jegliche Schilde.

Optimal wäre natürlich ein Triggermechanismus, sodass die Schilde selbs erst ab einer gewissen Intensität beginnen, Licht zu dissipieren. Sonst wäre eben das Schiff unsichtbar.

man könnte es vielleicht so arrangieren das das in den Schilden gehaltene Material verschiedene Schichten bildete so das die Brechung an den Schichtgrenzen ab einer gewissen Frequenz zu einer Totalreflektion wird
Brechzahl ? Wikipedia
Totalreflexion ? Wikipedia
Dies wäre zwar nicht Intensitäsabhängig könnte aber wenigstens genutzt werden Strahlen gewünschter Frequenzbereiche abzulenken/reflektieren

[mimesot]

Ich kann eventuell den Phaser als Materiewelle ansehen, und daher würde es auch hier den Welleneffekt "Brechung" geben. Kann jamand sagen ob diese Annahme gültig ist?

Weiters will ich ja auch, dass die Schilde mit einem Laser fertig werden. Das soll ja für ST-Schilde kein Problem sein.

PS: Außerdem fällt mir grad ein, dass die Abwehr eines Torpedos auch bedeutet, nicht kohärentes Licht (im weitesten Sinne, von Infrarot bis hin zu Gammastrahlen) zu dissipieren. Also ist die Abwehr von Licht eine essentielle Abforderung an jegliche Schilde.

Optimal wäre natürlich ein Triggermechanismus, sodass die Schilde selbs erst ab einer gewissen Intensität beginnen, Licht zu dissipieren. Sonst wäre eben das Schiff unsichtbar.

[1 von 1]

Eine Idee bezüglich streuung von Licht. Wenn ich Schilde mit lokalen Dichtefluktiationen habe, als z.B. eine nicht homogene Wolke, dann habe ich bis zu einem gewissen Grad auch überall unterschiedliche Brechungsindizes. Folglich könnte ein derartiges Medium das Licht brechen wie ein Luster oder das Bildnis hinter aufsteigender heißer Luft. Glaubt ihr ist dieser Effekt stark genug, um einen Phaser stark genug zu zerstreuen?

soweit ich mich erinnere basieren Phaser nicht auf Licht sondern auf Partikelstrahlen ... ah da haben wirs: Phaser

[mimesot]

Schade, dass mir diese Frage niemand beantworten kann!

Allerdings habe ich auch eine andere. Wenn ich ein metallisches Objekt durch eine Elektronenwolke flegen lasse, wieviel Ladung kann es dann auf wieviel Strecke aufnehmen?

Eine Idee bezüglich streuung von Licht. Wenn ich Schilde mit lokalen Dichtefluktiationen habe, als z.B. eine nicht homogene Wolke, dann habe ich bis zu einem gewissen Grad auch überall unterschiedliche Brechungsindizes. Folglich könnte ein derartiges Medium das Licht brechen wie ein Luster oder das Bildnis hinter aufsteigender heißer Luft. Glaubt ihr ist dieser Effekt stark genug, um einen Phaser stark genug zu zerstreuen?

[mimesot]

Hi!
Mal ein paar überlegungen zur Abstrahlung von Wärme an Flächen:

Über die Besetzungsdiche des bosonischen Gases (nü = 1/(e^hbar omega/kT - 1)), kann ich mir die spektrle Energiedichte des Photonfeldes herleiten ((Summe E_i nü_i --> Integraldarstellung --> Impulsdarstellung --> Frequenzdarstellung; siehe u.A. Wiki):

eta_f = hbar/pi²c³ * omega³/ (e^(hbar omega / (k T))-1)

hbar ... Planksches Wirkungsquantum
omega ... Frequenzen
k ... Boltzmannkonstante
T ...Temperatur

Ein Integral über alle Energien gibt die Energiedichte:

eta = 2 k^4 pi² / (15c³ hbar³) * T^4

Das Stefan Boltzmann-Gesetz (siehe wieder Wiki), aus welchem ich durch Integration über alle Winkel die Leistung:

P = c A eta(T) / 4 = 5,67 * 10^-8 * A * T^4

Damit das ganze realistisch wird kommt ein Emissionskoeffizient dazu. Der Liegt für Metalle sehr hlein ist: Extremfall poliertes Kupfer: 0,01-0,02. Daher muss über da noch eine möglichst in allen relevanten Frequenzbereichen schwarze (im Sinne von höchstmögliches Absorbtions- & Emissionsvermögen) Lackschicht drüber. Diese sollte möglichst dünn sein, da diese Emissionsfreudigen Materialien eine sehr geringe Wärtmeleitfähigkeit haben. 0,95 ist durchaus erreichbar.

Will ich nun 100000 TW abstrahlen und möchte, dass meine Flügel nicht mehr als 3500K (da ungefähr schmilzt Wolfram) heiß werden brauche ich 11156km², was "nur" ein 32tel der Fläche Deutschlands ist, kleiner als Thüringen, eher so wie Oberösterreich, oder ne Kreisscheibe mit 180km Durchmesser, eine Kugel mit 60km Durchmesser. Das ist Prinzipiell im bereich des machbaren.

Das Gröbere Problem ist, wie ich die Energie so schnell verteilen kann, dass sich das Material an der Einschlagstelle nicht überhitzt, da verdampftes Material sicher kein so guter Temperaturleiter ist. Außerdem wollen wir ja, das unser Schiff in einem Stück bleibt.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
mimesot schrieb nach 16 Minuten und 39 Sekunden:

Um die Wärmeleitung zu Beschreiben muss man wohl die Wärmeleitungsgleichung in 3 Dimensionen lösen, mit einer Randbedingung, dass das Gebiet von Flächen begrenzt ist, und außerdem eine temperaturabhängige Abstrahlungsleistung an jedem Punkt der Fläche vorliegt.

Kann das wer, übersteigt nämlich etwas meine Fähigkeiten? McWire?

[mimesot]

ich glaub mit disziplinieren kommen wir da nicht weiter also bleiben nur noch
-großflächig ableiten:Hülle ist über Drähte aus absolut hochtemperaturleitender(nahezu instantane Ableitung) Materialen(sowas möglich?) mit großflächigen Flügeln verbunden die diese Energie/Wärmemengen abstrahlen

Ableuten ist genaugenmmen auch eine Art Energie zu dissipieren.

Meines erachten müssten Supraleiter eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit haben (werde gleich recherchieren). Ob man damit aber 100 000 TW pro 30m² (Meiner Meinung nach glaubwürdige Galaxy-Phaser-Daten) ableiten kann, ohne dabei über die Sprungtemperatur zu kommen ableiten kann, wage ich zu bezweifeln. Eventuell könnte man eine dynamische Hülle erfinden, sodass die Energie nicht dauerhaft auf einen Fleck fokussiert werden kann.

Man kann sicher nachrechen, wie groß die Flügel sein müssen um 100 000 TW abzustrahlen.

[1 von 1]

Ok, werte Kollegen, wir brauchen Frischfutter, nun da die Grenzen von Magnet-Plasma-Schilden und der regenerative Hülle erkundet sind. Wir müssen in Ding finden, dass in der Lage ist 1Million GJ zu dissipieren.

ich glaub mit disziplinieren kommen wir da nicht weiter also bleiben nur noch
-großflächig ableiten:Hülle ist über Drähte aus absolut hochtemperaturleitender(nahezu instantane Ableitung) Materialen(sowas möglich?) mit großflächigen Flügeln verbunden die diese Energie/Wärmemengen abstrahlen
-Schaden aushalten: Schiff ist nicht ein kompakter Körper sondern besteht aus redundanten Segmenten die nur durch Stützen verbunden sind die bei überschreiten der Kräfte/Temperaturgrenzen abreißen/brechen(die Energie nicht weiter übertragen)

[jinzo58]

hochfokusierte räumliche Verzerrung, Gravitationsfeld.
Hört sich cool an, jedoch erklärt das nicht das Aufschlagsschimmern.
Ein Gravitationsfeld ist eine räumliche Verzerrung und wenn der Schild nach diesen Prinzip funktioniert, dann müsste der Phaser, den Weg der Raumverzerrung um das Schiff nehmen und nicht am Schild abprallen.

Man kann, als Science Fiction Autor oder Star Trek Fan, ja den Subraum ranziehen und sagen, der Schild ist eine Subraumblase, deren Grenze eine enorme Verdichtung von unseren Raum in den Subraum aufweißt, so dass nichts durchdringen kann.
Aber jedesmal den Subraum heranziehen, wobei man, falls vorhanden nicht sagen kann, wie sich höherdimensionale Räume verhalten, welche Eigenschaften sie haben ist zu einfach, dass ist dann keine Science Fiction mehr, auch wenn man Begriffe aus der Naturwissenschaft verwendet.

Ist doch eine Serie wäre ja langweilig wenn mann nichts sehen könnte!

[mimesot]

Die Liste der Erwähnungen ist toll! Was ich nie verstehen werde, ist, dass ich mit 1J Energieaufwang 10^7J aufhalten kann. Verstehen ist vielleicht das falsche Wort. Ich kenne keinen Mechanismus auf der Welt der so etwas kann.

Ne anständige Bombe mit 1MT TNT = 10^12 kg TNT = 4*10^18 J, kann also durch rund 1Milliarde m³ Eis aufgehalten werden. Wolfram ist mit 4400kJ/kg zwar besser dran, aber es hat auch keiner ne Millionen m³ Wolfram zur Hand. Brauchbar ist eine regenerative Hülle also nur für kleine kinetische Waffen wie ne Panzerfaust u.Ä. zu gebauchen.

Ok, werte Kollegen, wir brauchen Frischfutter, nun da die Grenzen von Magnet-Plasma-Schilden und der regenerative Hülle erkundet sind. Wir müssen in Ding finden, dass in der Lage ist 1Million GJ zu dissipieren.

[McWire]

Mit 2,5 MJ/jg als Schmelzwärme + Verdampfungswärme, richtig?
Die 4,1 kJ/(kg*K) sind aggregatzustands-unabhängig? Oder bei Eis bzw. Wasser vernachlässigbar gleich?

Btw du meinst 3GJ pro m³ wenn ich das richtig sehe.

2,5 MJ/kg ist Summe der Wärme der Phasenübergänge, also Schmelzwärme mit ca 0,3 MJ/kg und Verdampfungswärme mit ca 2,2 MJ/kg.

-> Eigenschaften des Wassers ? Wikipedia

Die Wärmekapazität ist nicht völlig unabhängig vom Aggregatzustand, ändern sich aber nicht über Größenordnungen sondern nur bei den Kommastellen.

Wasser hat eine Dichte von ~1000 kg/m³ also hast du mit 3 GJ/m³ recht..

Damit würde man immernoch Millionen m³ Eis benötigen um die Energie einer simplen Atombombe aufzunehmen. Star Trek Phaser und Photonentorpedos sind ja auch in dieser Größenordnung.

Was die Stärke der Star Trek Waffen innerhalb der Folgen angeht, gibts in http://www.scifi-forum.de/science-fi...versums-2.html eine Zusammenfassung.
Alleine das Beispiel mit dem metallischen Borg-Kubus zeigt die wahre Stärke, mit Eis lässt sich da nicht viel ausrichten, da Metalle eine höhere spezfische Wärme der Phasenübergänge haben.

[mimesot]

Ich halte den Star Trek Schild für eine gravitativ gekoppelte fünfdimensionale Raum-Zeit-Blase. Bei einer auftreffenden Wirkungen wird diese entlang der Hyperachse (Subraumfreiheitsgrad) um das Raumschiff gelenkt.

Reicht dir diese Zusammenfassung?

Ein link zu einem kleinen wissenschaftlichen Essay wäre mir lieber gewesen, als ein kleiner Zynismus (Zumindest denke ich dass dies einer ist, falls nicht, tut es mr leid. Ich wäre sehr erfreut über eine kompakte, aber vollständige und detaillierte Erläutrung).


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
mimesot schrieb nach 29 Minuten:

Schmelzwärme + Verdampfungswärme + Wärmekapazität * Temperaturdifferenz

Für reines Wasser kommt man auf ~ 2,5 MJ/kg + 4,1 kJ/ kg/K * T

Eis mit -10°C kann also maximal ~3 MJ/kg = ~ 3 MJ/m³ an Energie aufnehmen.

Mit 2,5 MJ/jg als Schmelzwärme + Verdampfungswärme, richtig?
Die 4,1 kJ/(kg*K) sind aggregatzustands-unabhängig? Oder bei Eis bzw. Wasser vernachlässigbar gleich?

Btw du meinst 3GJ pro m³ wenn ich das richtig sehe.

Wenn ein Strahl mit 1dm² Querschnitt (Wie dick ist eigentlich ein Phaser?) sich durch nen halben Meter Eis kochen will brauch man also 15 MJ. Dafür braucht ein (Hat jemand verlässlichere Zahlen) Type X phaser mit rund 5MW Leistung also 3 Sekunden. Phaser sind stärker oder?

Da fällt mir noche ein: Bei diesen geringen drücken müsste Eis doch eigentlich sublimiieren. Ich nehme an, da sieht es mit der latenten Wärme anders aus oder gilt überall (also auch unter 0,006bar) 'brav' Verdampfungswärme + Schmelzwärme? Letzteres wäre intuitiv logisch.