"Laboratorium ChatGPT" - o co chodzi (woda, elektrony, idea i fotony)?

Technologie, Nauka

Fizyka rzeczy możliwych

W idei:

"I wtedy Elon Musk powiedział - dam radę..." (link), jednak to było w scenariuszu filmowym - skrót:

Wybrany w idei kosmolot: "Eagle transporter cargo” (link)
*
Woda, elektrony, idea i fotony:

Jakie pytanie zadać ChatGPT, aby ułożyć przesłankę możliwości wykorzystania "puszki Snafu" w idei dodania jej do metody napędu jonowego kosmolotu? Symbolicznie ujmując w tej idei ChatGPT korzysta z podręczników, a idei "puszka Snafu" nie ma w podręczniku.

Elon Musk w innowacje techniczne inwestuje, montuje i testuje, coś może zadziała albo coś się popsuje.
Ale ChatGPT nie jest miliarderem ani CEO - zatem pozostaje jakimś pytaniem uzyskać "kwant idei" od AI.
Potrzeba pytania dotyczącego tego co złożone nie istnieje, ale jest ułożone z tego co oddzielnie istnieje.
Może się jednak zdarzyć tak, że AI wskaże pozytywny wynik, inżynier skonstruuje, włączy i pozamiatane. 

Chodzi oto, aby w "pasie rdzy" powstała profuturo domena produkcji międzyorbitalnych "Ziemia - Księżyc" kosmolotów towarowych cargo (moduły, części układu montowane na orbicie wokołoziemskiej) z napędem jonowym wzmocnionym inżynierią technologii i techniki hydroelektronowej w idei "puszka Snafu" - taka w tym scenariuszu dobrana skala. Tak w tej idei kosmolot może polecieć w przestrzeni kosmicznej tam, gdzie byłaby dostępna do napędu woda.
*
Przykład zderzenia cząsteczek H₂O z elektronami.

1. ChatGPT
Pytanie: Co się wydarzy podczas zderzenia cząsteczek wody i elektronów swobodnych, gdy naprzeciw siebie skierowany będzie strumień pary wodnej, która przy wylocie z parownicy ma temperaturę 100 ºC  i strumień elektronów emitowany z działa elektronowego?

Odpowiedź: Podczas zderzenia cząsteczek wody z elektronami swobodnymi, gdy naprzeciw siebie skierowany będzie strumień pary wodnej o temperaturze 100°C oraz strumień elektronów emitowanych z działa elektronowego, może dojść do kilku różnych procesów fizycznych i chemicznych w zależności od energii elektronów oraz gęstości obu strumieni. Kluczowe efekty obejmują:

1. Jonizacja cząsteczek wody:
Elektrony o odpowiednio wysokiej energii mogą zderzać się z cząsteczkami wody i wywoływać ich jonizację. W wyniku tego procesu jedna lub więcej cząsteczek wody może utracić elektron, co prowadzi do powstania jonów wody (H₂O⁺) oraz wolnych elektronów:

H₂O + e⁻→ H₂O⁺ + 2e⁻

Ten proces może prowadzić do dalszej reakcji, jak rozpad cząsteczki wody na jony H⁺ i OH⁻.

2. Ekscytacja cząsteczek wody:
Elektrony o niższej energii mogą zderzać się z cząsteczkami wody, przekazując im energię, co prowadzi do ekscytacji cząsteczki. Woda może przejść do wyższego stanu energetycznego, a następnie powrócić do stanu podstawowego, emitując energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego.

3. Dysocjacja cząsteczek wody:
Elektrony o odpowiedniej energii mogą powodować rozpad cząsteczki wody na wolne rodniki, takie jak OH i HH. Dysocjacja jest kluczowym procesem w chemii plazmy wodnej:

H₂O + e⁻ → OH + H + e⁻

4. Powstawanie plazmy:
Jeśli strumień elektronów jest wystarczająco intensywny, zderzenia mogą prowadzić do powstawania plazmy. Plazma to stan materii, w którym część cząsteczek jest zjonizowana, co tworzy mieszaninę jonów, elektronów oraz obojętnych cząsteczek.

5. Efekty cieplne:
W wyniku zderzeń energia kinetyczna elektronów może zostać przekazana cząsteczkom wody, prowadząc do ich ogrzewania. Jeśli energia jest wystarczająco duża, może dojść do dalszego wzrostu temperatury pary wodnej, a nawet lokalnego przegrzania i powstania jonów lub plazmy.

6. Inne reakcje chemiczne:
Powstałe jony oraz rodniki mogą inicjować dalsze reakcje chemiczne, takie jak tworzenie się nadtlenków, ozonu lub innych złożonych związków w wyniku interakcji z wodą.

Podsumowując, interakcja strumienia pary wodnej i strumienia elektronów prowadzi do wielu złożonych procesów fizycznych i chemicznych, takich jak jonizacja, ekscytacja, dysocjacja oraz tworzenie plazmy. Dokładne efekty zależą od parametrów eksperymentalnych, takich jak energia elektronów oraz gęstość obu strumieni.
-
2. ChatGPT
Pytanie: Jaka wartość energii kinetycznej elektronu swobodnego jest niezbędna, aby w zderzeniu tego elektronu z cząsteczką wody uległa ona jonizacji? Napisz wzór oraz obliczenia.

Ostateczny wynik: Zatem minimalna energia kinetyczna swobodnego elektronu potrzebna do jonizacji cząsteczki wody wynosi około 12,6 eV lub 2,017 × 10^−18 J.
W praktyce, jeśli elektron ma energię większą niż ta wartość, jonizacja jest możliwa.
-
3. ChatGPT
Pytanie: Dla jakiej wartości energii zachodzi wychwyt dysocjatywny elektronu w wodzi, wzór:
e^- + H₂O → H⁺ + OH^-

Odpowiedź: Wychwyt dysocjatywny elektronu w cząsteczce wody jest procesem, w którym elektron zostaje pochłonięty przez cząsteczkę wody, powodując jej rozpad (dysocjację) na jony H⁺ i OH⁻. Reakcja przebiega według schematu: e⁻ + H₂O → H⁺ + OH⁻
Aby określić energię wymaganą do tego procesu, należy rozważyć tzw. energię dysocjacji cząsteczki wody oraz inne energetyczne aspekty tego zjawiska.
Eksperymentalne dane pokazują, że energia wychwytu dysocjatywnego elektronu w cząsteczce wody zachodzi przy energii kinetycznej elektronu wynoszącej około 6,5 eV.
-
4. ChatGPT
Zadanie: Do szczelnego zbiornika w kształcie walca o wysokości 1 metra i o objętości V równej 1 metr sześcienny, wypełnionego czystą wodą, poprzez okienko próżnioszczelne, wstrzeliwane są elektrony emitowane z działa elektronowego, których energia kinetyczna wynosi Ek, a napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą działa elektronowego wynosi 1 MeV. Podaj ile maksymalnie elektronów wyemitowanych z działa elektronowego zostało wprowadzonych do zbiornika z wodą? Jaka jest maksymalna pojemność elektryczna?

Odpowiedź: Maksymalna liczba elektronów wprowadzonych do zbiornika z wodą. Dane:

• Objętość zbiornika V = 1 m³
• Energia kinetyczna elektronów Ek =1 MeV
• Napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą U = 1 MeV.

Aby określić maksymalną liczbę elektronów, które mogą być wprowadzone do zbiornika, należy wziąć pod uwagę pojemność elektryczną układu. Pojemność elektryczna zależy od geometrii układu, dielektryka (tu woda) oraz maksymalnej różnicy potencjałów, jaka może być wytworzona w układzie. Pojemność elektryczna C wody w zbiorniku można przybliżyć równaniem:

C = ε ⋅ A / d,

gdzie:

• ε to przenikalność elektryczna wody (dla wody około 80 × ε₀​, gdzie ε₀​ to przenikalność elektryczna próżni),
• A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca (w tym przypadku 1 m²),
• d to odległość między elektrodami (tu 1 m).

Przy napięciu 1 MeV obliczymy maksymalną ilość ładunku Q, a następnie ilość elektronów.
-

Dlaczego ChatGPT nie uwzględnił powierzchni bocznej walca, a tylko powierzchnię A - przekroju poprzecznego walca?

Okienko próżnioszczelne to cienki element materialny, przez który przenikają elektrony emitowane z działa elektronowego. Ponieważ wprowadzane elektrony odpychają się od siebie, to powinny się zgromadzić co najmniej na całej powierzchni wewnętrznej zbiornika S = 2A + A' (np. gdy ponadto nie gromadzą się wewnątrz objętości zbiornika pomiędzy cząsteczkami wody), gdzie A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca, a A' to powierzchnia boczna walca. W każdym zbiorniku można umieścić coś w ilości na miarę utrzymania jego szczelności. Elektrony nie posiadają rozmiarów 3D, jak cząsteczki wody i nie zajmują przestrzeni w objętości zbiornika. Ponadto przy określonej ilości elektronów już wprowadzonych do zbiornika, powinny one zablokować przenikanie kolejnych na granicy okienka próżnioszczelnego.
Jeżeli na wewnętrznej powierzchni A (górnej i dolnej) gromadzą się elektrony wprowadzone, to są jakby takie dwie okładki kondensatora wewnętrzne i obie ujemnie naelektryzowane, pomiędzy którymi jest dielektryk - woda.
-
5. ChatGPT
Pytanie: Zadanie dotyczące naelektryzowania powierzchni wewnętrznej zamkniętego zbiornika. Do szczelnego zbiornika w kształcie walca o wysokości 1 metra i o objętości V równej 1 metr sześcienny, wypełnionego czystą wodą, poprzez okienko próżnioszczelne, wstrzeliwane są elektrony emitowane z działa elektronowego, których energia kinetyczna wynosi Ek, a napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą działa elektronowego wynosi 1 MeV. Czy cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie naelektryzowana wprowadzonymi do niego z działa elektronowego elektronami? Cała powierzchnia wewnętrzna walca (zbiornika) wynosi S = 2A + A' , gdzie A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca, natomiast A' to powierzchnia boczna walca.

Odpowiedź: Aby rozważyć, czy cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie naelektryzowana przez wstrzeliwane elektrony, musimy przeanalizować kilka kwestii:

1. Rozpraszanie elektronów w wodzie:
Elektrony o wysokiej energii kinetycznej (1 MeV) mają dużą zdolność penetracji. Gdy są wstrzeliwane do zbiornika wypełnionego wodą, będą traciły energię na skutek oddziaływań z cząsteczkami wody. Proces ten obejmuje zjawiska takie jak:

• Zderzenia sprężyste i niesprężyste z cząsteczkami wody.
• Jonizację i tworzenie par elektron-dziura.
• Rozpraszanie Coulomba.

W efekcie, elektrony szybko stracą energię i zostaną zabsorbowane przez wodę, zanim dotrą do powierzchni wewnętrznej zbiornika.

2. Dystrybucja elektronów:
Nawet jeśli niektóre elektrony dotrą do powierzchni wewnętrznej zbiornika, ich rozmieszczenie będzie nierównomierne. Część elektronów może osadzić się na ściankach blisko miejsca, w którym zostały wprowadzone, co oznacza, że nie cała powierzchnia zostanie równomiernie naelektryzowana.

3. Ekranowanie przez wodę:
Woda jest doskonałym dielektrykiem, co oznacza, że będzie absorbować większość ładunków. Ponadto, gdy elektrony zostaną zabsorbowane przez wodę, mogą wytworzyć lokalne ładunki ujemne, które zostaną zneutralizowane przez powstałe w wyniku jonizacji jony dodatnie H⁺.

4. Równomierność naelektryzowania powierzchni:
Aby cała powierzchnia walca została równomiernie naelektryzowana, musiałoby dojść do rozproszenia elektronów w całej objętości wody i następnie ich dotarcia do każdej części powierzchni wewnętrznej. W rzeczywistości większość elektronów zostanie zatrzymana w wodzie, a te, które dotrą do powierzchni, będą miały tendencję do osiadania blisko miejsca ich wstrzelenia.

Wniosek:
Cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika nie zostanie równomiernie naelektryzowana przez wprowadzone elektrony. Woda w zbiorniku będzie skutecznie pochłaniała większość elektronów, a te, które ewentualnie dotrą do powierzchni wewnętrznej, będą się osadzały nierównomiernie.
-
6. ChatGPT
Pytanie jak wyżej z dodaniem:  Uwzględnij wobec wprowadzonych do zbiornika elektronów z działa elektronowego ruchy Browna cząsteczek wody, chaotyczne ruchy cząsteczek wody w stanie płynnym, ruch cieplny, ich ruch termodynamiczny.

Aby przeanalizować, czy cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie naelektryzowana przez elektrony wprowadzone z działa elektronowego, musimy wziąć pod uwagę kilka czynników, które wpływają na ruch elektronów w wodzie oraz ich zdolność do docierania do ścianek zbiornika.

1. Oddziaływanie elektronów z wodą:
Elektrony wprowadzane do zbiornika o energii kinetycznej 1 MeV będą szybko oddziaływać z cząsteczkami wody. Woda działa jako gęste środowisko, w którym elektrony będą tracić energię poprzez:

• Zderzenia z cząsteczkami wody, co prowadzi do rozproszenia elektronów i zmiany ich kierunku.
• Jonizację wody – zderzenia mogą prowadzić do wybicia innych elektronów z cząsteczek wody, tworząc pary jonów H⁺ i OH⁻.
• Straty energii kinetycznej – poprzez interakcje z cząsteczkami wody, energia kinetyczna elektronów zostaje znacząco zredukowana.

2. Ruchy Browna i chaotyczne ruchy cząsteczek wody:
Ruchy Browna, będące wynikiem chaotycznego ruchu cząsteczek wody, mają wpływ na dyfuzję cząsteczek w środowisku wodnym. Elektrony, które oddziałują z wodą, są poddawane ciągłym losowym zmianom kierunku i prędkości, co dodatkowo zwiększa ich rozproszenie w zbiorniku.

3. Ruchy termiczne cząsteczek wody:
Ruch cieplny cząsteczek wody związany z jej temperaturą powoduje ciągłe zderzenia z elektronami, co prowadzi do dalszego rozpraszania elektronów. Elektrony tracą swoją pierwotną energię i kierunek, co sprawia, że ich droga staje się bardziej przypadkowa i kręta.

4. Rozkład elektronów w wodzie:
Biorąc pod uwagę powyższe czynniki, elektrony nie będą się równomiernie rozmieszczać w całej objętości wody. W wyniku oddziaływań z wodą większość elektronów zatrzyma się w środku zbiornika, tracąc swoją energię przed dotarciem do ścianek.

5. Dyfuzja ładunku w zbiorniku:
Mimo że część elektronów może dotrzeć do ścianek zbiornika, ich liczba będzie znacznie mniejsza w porównaniu do tych zatrzymanych w wodzie. Elektrony te mogą prowadzić do lokalnego naelektryzowania powierzchni wewnętrznej, ale nie wystarczy to, aby równomiernie naelektryzować całą powierzchnię zbiornika.

6. Wpływ jonizacji wody:
Pod wpływem elektronów może dojść do powstania jonów H⁺ i OH⁻, które będą próbowały neutralizować wprowadzony ładunek. Powstałe w ten sposób jony mogą przeciwdziałać naelektryzowaniu się powierzchni.

Wniosek:
Cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika nie zostanie równomiernie naelektryzowana przez elektrony wstrzeliwane z działa elektronowego. Większość elektronów zostanie zatrzymana w wodzie z powodu oddziaływań z cząsteczkami wody oraz ruchów Browna, chaotycznych ruchów i zderzeń termicznych. Tylko niewielka liczba elektronów może dotrzeć do ścianek zbiornika, co prowadzi do lokalnych, nierównomiernych naelektryzowań, a nie do pełnego pokrycia naelektryzowaniem całej powierzchni.
-
7. ChatGPT
Pytanie jak wyżej z dodaniem: Uwzględnij wzajemne odpychanie się elektronów w zbiorniku, które zostały wprowadzonych do niego z działa elektronowego.

Aby odpowiedzieć na pytanie, czy cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie naelektryzowana wprowadzonymi elektronami, należy uwzględnić różne zjawiska fizyczne zachodzące wewnątrz zbiornika wypełnionego wodą.

Kluczowe aspekty do rozważenia:

• Oddziaływanie elektronów z wodą ...
• Ruchy Browna i chaotyczne ruchy cząsteczek wody..
• Wpływ odpychania elektrostatycznego: Elektrony są naładowane ujemnie, więc będą się wzajemnie odpychać. To zjawisko może powodować, że elektrony, które dotrą do powierzchni zbiornika, będą próbowały rozproszyć się jak najbardziej równomiernie, aby zminimalizować energię układu. Jednak wpływ odpychania elektrostatycznego będzie ograniczony przez absorpcję elektronów w wodzie.
• Energia kinetyczna elektronów...
  
• Rozpraszanie energii i lokalizacja elektronów...
  

Czy cała powierzchnia wewnętrzna zostanie naelektryzowana? Z uwzględnieniem wszystkich powyższych czynników, nie cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie równomiernie naelektryzowana. Oto powody:

• Absorpcja elektronów przez wodę sprawia, że tylko część z nich dociera do ścianek zbiornika.
• Ruchy Browna i zderzenia termiczne powodują, że trajektorie elektronów są przypadkowe, co utrudnia ich równomierne rozprowadzenie.
• Odpychanie elektrostatyczne może prowadzić do prób równomiernego rozproszenia elektronów na powierzchni, ale nie skompensuje innych efektów.

W efekcie, naelektryzowanie powierzchni wewnętrznej będzie miało charakter lokalny i nierównomierny, z większymi skupiskami ładunków w niektórych miejscach, szczególnie blisko obszarów, w które elektrony były wprowadzane.
*
1. Dopisane:
Wprowadzone do zbiornika elektrony w wyniku oddziaływania z cząsteczkami wody utracą energię kinetyczną (Ek = 0, v =0, zatrzymają się i ten wpływ kinetyczny zanika, a energia kinetyczny tych elektronów przemienia się w środowisku wodnym w inne formy energii). Woda (link) absorbuje wprowadzone elektrony za pomocą działa elektronowego. Wpływ odpychania elektrostatycznego pomiędzy nimi będzie ograniczony przez absorpcję elektronów w wodzie. Ruchy Browna (link), będące wynikiem chaotycznego ruchu cząsteczek wody, dodatkowo zwiększają ich rozproszenie w zbiorniku. Odpychanie elektrostatyczne pomiędzy elektronami może prowadzić do prób równomiernego rozproszenia elektronów na powierzchni, ale nie skompensuje innych efektów. Większość elektronów zostanie zatrzymana w wodzie a nie na powierzchni wewnętrznej zbiornika z powodu oddziaływań z cząsteczkami wody oraz ruchów Browna, chaotycznych ruchów i zderzeń termicznych (ozn: gwiazdka - * - elektron):

Zatem zbiornik z wodą miałby przede wszystkim objętościową pojemność elektryczną, a nie powierzchniową.
-
8. CzatGPT

Pytanie: Zadanie dotyczące naelektryzowania powierzchni wewnętrznej zamkniętego zbiornika oraz przestrzeni w objętości zbiornika. Do szczelnego i pustego zbiornika w kształcie walca o wysokości 1 metra i o objętości V równej 1 metr sześcienny, poprzez okienko próżnioszczelne, wstrzeliwane są elektrony emitowane z działa elektronowego, których energia kinetyczna wynosi Ek, a napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą działa elektronowego wynosi 1 MeV.

Pytanie 1: Czy cała powierzchnia wewnętrzna pustego zbiornika zostanie naelektryzowana wprowadzonymi do niego z działa elektronowego elektronami? Cała powierzchnia wewnętrzna walca (zbiornika) wynosi S = 2A + A' , gdzie A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca, natomiast A' to powierzchnia boczna walca. Czy również elektrony ulokują się w pustej objętości zbiornika?

Pytanie 2. Naładowany elektronami z działa elektronowego powyższy pusty zbiornik wypełniono dodatkowo czystą wodą. I ponownie wprowadzono do niego dodatkowe elektrony z działa elektronowego. Jak teraz będą rozmieszczone wszystkie wprowadzone do zbiornika elektrony?

Odpowiedź:

Pytanie 1: Czy cała powierzchnia wewnętrzna pustego zbiornika zostanie naelektryzowana wprowadzonymi do niego z działa elektronowego elektronami? Czy również elektrony ulokują się w pustej objętości zbiornika?

Analiza:

Rozkład elektronów w przestrzeni:
Elektrony wprowadzone do zbiornika będą miały energię kinetyczną Ek = 1 MeV, co oznacza, że będą poruszać się z bardzo dużą prędkością. Na początku będą one miały tendencję do rozpraszania się w całej objętości zbiornika, ale w miarę jak tracą energię, zaczynają oddziaływać ze sobą poprzez siły odpychania elektrostatycznego.

Naelektryzowanie powierzchni:
Elektrony, będąc naładowane ujemnie, będą dążyły do zajęcia stanu o najniższej energii, co oznacza, że będą migrować w kierunku powierzchni zbiornika. W zamkniętym przewodniku (jakim jest metalowy zbiornik) elektrony będą dążyły do ulokowania się na powierzchni, aby zminimalizować energię układu. W efekcie większość elektronów zgromadzi się na wewnętrznej powierzchni zbiornika, powodując jego naelektryzowanie.

Obecność elektronów w objętości zbiornika:
W idealnym przypadku (przy założeniu próżni) elektrony nie pozostaną w pustej przestrzeni zbiornika, lecz prędzej czy później zostaną przyciągnięte przez ładunki na powierzchni wewnętrznej. Gdy osiągną równowagę, znajdą się głównie na powierzchni, a ich liczba w pustej przestrzeni zbiornika będzie minimalna.

Odpowiedź - pytanie 1:
Cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika zostanie naelektryzowana wprowadzonymi elektronami. Elektrony będą dążyć do rozmieszczenia się na powierzchni wewnętrznej zbiornika, więc w stanie równowagi większość z nich będzie ulokowana na tej powierzchni. W pustej objętości zbiornika może pozostawać tylko niewielka liczba elektronów, jednak ich koncentracja będzie znacznie mniejsza niż na powierzchni.
-
Pytanie 2: Jak będą rozmieszczone elektrony w zbiorniku po wypełnieniu go wodą i ponownym wprowadzeniu dodatkowych elektronów z działa elektronowego?

Analiza:

Wprowadzenie wody do zbiornika:
Po wypełnieniu zbiornika wodą, jego właściwości zmieniają się w sposób istotny. Woda jest polarnym dielektrykiem, który może absorbować część wprowadzonych elektronów, prowadząc do powstawania jonów OH^- i H⁺. Dodatkowo woda będzie rozpraszać elektrony, przez co ich trajektorie staną się bardziej chaotyczne.

Naelektryzowanie powierzchni:
Elektrony będą wciąż migrować w kierunku powierzchni wewnętrznej zbiornika, lecz teraz ich droga będzie utrudniona przez interakcje z cząsteczkami wody. Niemniej jednak, większość elektronów ostatecznie dotrze do powierzchni, gdzie będą się osadzały, prowadząc do naelektryzowania powierzchni zbiornika.

Rozmieszczenie elektronów w objętości wody:
Część elektronów zostanie zatrzymana w wodzie przez zjawiska takie jak jonizacja i rozpraszanie, co spowoduje, że będą one w pewnym stopniu rozproszone w objętości wody. Jednak z powodu sił elektrostatycznych (odpychanie) część elektronów może wciąż próbować ulokować się na powierzchni zbiornika, szczególnie na początku procesu. W miarę jak liczba elektronów rośnie, bardziej równomierne ich rozmieszczenie w całej objętości staje się możliwe.

Odpowiedź - pytanie 2:
Po wypełnieniu zbiornika wodą i ponownym wprowadzeniu elektronów, większość z nich wciąż będzie dążyć do osadzenia się na powierzchni wewnętrznej zbiornika. Jednak znacząca część elektronów zostanie zatrzymana w objętości wody na skutek jonizacji i interakcji z cząsteczkami wody. Woda będzie działała jak medium rozpraszające, przez co elektrony będą rozmieszczone bardziej równomiernie w całej objętości zbiornika, chociaż nadal dominującym miejscem ich osadzenia pozostanie powierzchnia wewnętrzna zbiornika.
-
9. ChatGPT

Pytanie: Zadanie dotyczące naelektryzowania powierzchni wewnętrznej zamkniętego zbiornika. Do szczelnego i pustego zbiornika w kształcie walca o wysokości 1 metra i o objętości V równej 1 metr sześcienny, poprzez okienko próżnioszczelne, wstrzeliwane są elektrony emitowane z działa elektronowego, których energia kinetyczna wynosi Ek, a napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą działa elektronowego wynosi 1 MeV.

Pytanie 1: Czy cała powierzchnia wewnętrzna pustego zbiornika zostanie naelektryzowana elektronami wprowadzonymi do niego z działa elektronowego? Cała powierzchnia wewnętrzna walca (zbiornika) wynosi S = 2A + A', gdzie A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca, natomiast A' to powierzchnia boczna walca.

Pytanie 1: Oblicz i pokaż obliczenia ile maksymalnie elektronów wprowadzono z działa elektronowego do powyższego zbiornika.

Odpowiedź:

Pytanie 1: Czy cała powierzchnia wewnętrzna pustego zbiornika zostanie naelektryzowana elektronami wprowadzonymi z działa elektronowego?

Wniosek:
W stanie równowagi, cała powierzchnia wewnętrzna zbiornika powinna zostać równomiernie naelektryzowana elektronami.

Pytanie 2: Oblicz ile maksymalnie elektronów wprowadzono do zbiornika.

Założenie: Zakładamy, że elektronów jest tyle, że ich łączny ładunek równoważy napięcie w zbiorniku. Jednak aby precyzyjnie określić maksymalną liczbę elektronów, musimy założyć, że osiągają one stan równowagi, w którym wszystkie elektrony są rozmieszczone na powierzchni zbiornika.

Pojemność zbiornika jako kondensatora: Możemy modelować zbiornik jako kondensator sferyczny, gdzie jego pojemność elektryczna C zależy od rozmiarów i geometrii zbiornika. W przypadku walca, pojemność można wyrazić jako: C = ϵ₀ ⋅ S, gdzie:

• ϵ₀​ to przenikalność elektryczna próżni (8.85 × 10^−12 F/m)
• S to powierzchnia wewnętrzna zbiornika (2A + A′).

Przy napięciu 1 MeV:

 Q = C ⋅ V = 4.91 × 10^−5 C.

Odpowiedź:
Maksymalnie do zbiornika można wprowadzić około 3.07 × 10^14 elektronów, które mogą się naelektryzować na powierzchni wewnętrznej zbiornika.
-
Czy ChatGPT naelektryzował powierzchnię wewnętrzną zbiornika?
-
10. CzatGPT

Pytanie: Zadanie dotyczące naelektryzowania powierzchni wewnętrznej zamkniętego zbiornika. Do szczelnego i pustego zbiornika w kształcie walca o wysokości 1 metra i o objętości V równej 1 metr sześcienny, poprzez okienko próżnioszczelne, wstrzeliwane są elektrony emitowane z działa elektronowego, których energia kinetyczna wynosi Ek, a napięcie przyłożone pomiędzy katodą i anodą działa elektronowego wynosi 1 MeV. Cała powierzchnia wewnętrzna walca (zbiornika) wynosi S = 2A + A', gdzie A to powierzchnia przekroju poprzecznego walca, natomiast A' to powierzchnia boczna walca. Tyle samo wynosi cała zewnętrzna powierzchnia walca. Ta powierzchnia również jest naelektryzowana elektronami, ale dostarczonym metodą zewnętrzną.

Czy ilość elektronów zgromadzona na powierzchni zewnętrznej walca metodą zewnętrznego jej naelektryzowania, oraz ilość elektronów zgromadzona na powierzchni wewnętrznej walca metodą wewnętrznego jej naelektryzowania, będzie taka sama?

Odpowiedź:
W opisywanym przypadku sytuacja sprowadza się do analizy rozkładu ładunków w przewodniku w stanie równowagi elektrostatycznej, co jest dobrze opisane przez prawo Gaussa oraz podstawowe zasady elektrostatyki.

Rozkład ładunków w przewodniku:

1. Zewnętrzna powierzchnia walca: W przewodniku ładunki swobodne w stanie równowagi elektrostatycznej będą zawsze gromadziły się na zewnętrznej powierzchni przewodnika. Dzieje się tak, ponieważ w równowadze elektrostatycznej pole elektryczne wewnątrz przewodnika musi być równe zeru, co oznacza, że ładunki muszą przemieszczać się na powierzchnię zewnętrzną.
   W tym kontekście, naelektryzowanie zewnętrznej powierzchni walca metodą zewnętrzną prowadzi do zgromadzenia ładunków tylko na tej powierzchni.
2. Wewnętrzna powierzchnia walca: Elektrony wstrzelone do wnętrza przewodnika (walca) mogą gromadzić się na jego wewnętrznej powierzchni. W takim układzie, jeśli zewnętrzna powierzchnia przewodnika jest neutralna, ładunki wewnętrzne zostaną rozłożone na powierzchni wewnętrznej.

Czy ilość elektronów zgromadzona na powierzchni zewnętrznej oraz wewnętrznej będzie taka sama?

Nie, ilość elektronów zgromadzonych na powierzchniach wewnętrznej i zewnętrznej walca nie musi być taka sama. Rozkład ładunków w przewodniku jest niezależny między powierzchniami wewnętrzną a zewnętrzną.

• Zewnętrzna powierzchnia: Ilość ładunków zależy od metody zewnętrznego naelektryzowania, czyli od ilości elektronów dostarczonych z zewnątrz.
• Wewnętrzna powierzchnia: Ilość elektronów zależy od tego, ile ładunków zostało wstrzelonych do wnętrza walca. Te elektrony będą gromadzić się na wewnętrznej powierzchni przewodnika.

Wniosek:
Ilości elektronów zgromadzonych na powierzchniach zewnętrznej i wewnętrznej walca nie muszą być takie same, ponieważ rozkład ładunków na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej nie jest powiązany w sposób bezpośredni. Każda powierzchnia gromadzi ładunki w zależności od tego, jak zostały one dostarczone, a ich ilość jest zależna od sposobu naelektryzowania (zewnętrznego lub wewnętrznego).
-
W idei hydroelektronowej jest "wyrocznia SANFU": "Natomiast, jeśli ładunek uda się pozostawić na wewnętrznej powierzchni ... -- to pojemność ... układu może wzrosnąć w stosunku do pojemności ... "naelektryzowanej od zewnątrz" -- i to wzrosnąć niebagatelnie, nie tylko kilka, kilkanaście, czy kilkadziesiąt razy -- tylko ten wzrost pojemności może być rzędu MILIONA razy! Ja wcale nie żartuję!" (link - "Tajemnica wywiadu "Musk ~ Trump" to walka wyborcza o Marsa?")

*

2. Dopisane:

Maksymalizacja ilości elektronów wprowadzonych do zbiornika w idei "puszka Snafu":

1. Jeżeli ładowany działem elektronowym jest pusty zbiornik, to wprowadzone elektrony zgromadzą się na jego powierzchni wewnętrznej.
2. Jeżeli ładowany działem elektronowym jest zbiornik z wodą, to większość wprowadzonych elektronów wciąż będzie dążyć do osadzenia się na powierzchni wewnętrznej zbiornika. Jednak znacząca część elektronów zostanie zatrzymana w objętości wody na skutek jonizacji i interakcji z cząsteczkami wody. W rzeczywistości większość elektronów zostanie zatrzymana w wodzie, a te, które dotrą do powierzchni, będą miały tendencję do osiadania blisko miejsca ich wstrzelenia.
   

W tej idei obie metody są względnie odrębne wobec całej powierzchni wewnętrznej zbiornika.