Fisica Del Plasma e Propulsione Elettrica (parte 1 - Moto Delle Particelle)

Name: Fisica Del Plasma e Propulsione Elettrica (parte 1 - Moto Delle Particelle)
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Author: gabriele_unipi

Revisionato il 17/05/2026

di gabriele_unipi

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fisica del plasma.
Qua troverete la prima parte del corso, concentrata sul moto delle particelle, comprendente:
- Introduzione alla propulsione elettrica e tipi di propulsori elettrici;
- Richiami, definizioni base;
- Richiami sul calcolo delle probabilità;
- Introduzione al plasma (produzione e proprietà);
- Definizione del plasma: Lunghezza di Debye, Plasma Shielding, Pulsazione naturale e frequenza di collisione del plasma;
- Moto delle particelle in campi elettromagnetici stazionari-uniformi;
- Effetto di Hall e corrente di Hall;
- Esempi: Spettrometro di massa e sonda di Wien;
- Moto delle particelle in campi elettromagnetici stazionari-NONuniformi;
- Invarianza del flusso e del momento magnetico;
- Esempi: Ugello magnetico e confinamento del plasma attraverso lo specchio magnetico;
- Moto delle particelle in campi elettromagnetici tempovarianti-uniformi;
- Costante dielettrica del plasma;
- Interazioni fra particella;
- Definizione di "Cross-section";
- Modello semplificato per le interazioni coulombiane ("Potential screening")"> Appunti in italiano molto precisi, curati e dettagliati del corso di "Electric propulsion 1" presso l'università di Pisa. Il campo principale di studio di tale corso è la fisica …

Esame Electric Propulsion 1

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Paganucci Fabrizio

Università Università degli Studi di Pisa

A.A. 2017-2018

44 pagine

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Estratto del documento

Introduzione alla propulsione elettrica:

Equazione di Tsiolkovsky:

M(t) ^dv(t)/_dt = T

T ≈ ṁu_e + (p_e - p_a)A_e = ṁu_eff ⇒ u_eff = T/ṁ

M(t + dt) - M(t) = -Δm ⇒ ^dM/_dt = -ṁ

⇒ M^dv/_dt = - ^dM/_dt u_eff ⇒ ΔV = - ^dM/_M u_eff ⇒ Δv = u_eff ln[^M_i/_{M_f}]

Def. "Impulso specifico istantaneo" = I_sp = ^T/_Ẇ con Ẇ = variazione del peso

Ẇ = m₀ g₀, per convenzione ⇒ u_eff = T/ṁ ^g₀/_g₀ = T/Ẇ g₀ ⇒ u_eff = I_sp g₀

N.B.: Spesso il termine (P_e - P_a) A_e << ṁu_e ⇒ ṁu_eff ≈ ṁu_e

Esempio: (vantaggio del singolo propulsore rispetto a piccoli propulsori in parallelo)

a)T_tot, ṁ, u_e ⇒ u_e = ^T_tot/_ṁ = ^{T₁ + T₂}/_{m₁ + m₂} = ^{Σ_i ṁ_i v_i}/_{Σ_i m_i} (media pesata)

b)T₁ = ṁ₁ v₄T_s = ṁ₂ v₂

Supponendo che tutta la potenza fornita si trasformi in spinta, abbiamo:P_a = ¹/₂ ṁ_e u²_e ≅ P_b = ¹/₂ m₁ u²₄ + ¹/₂ m₂ u²_i

È facilmente intuibile che la soluzione più efficiente dal punto di vista della potenza consumata è quella a singolo propulsore.

Introduzione alla propulsione elettrica:

Equazione di Tciolkowsky:

M(t) ^dV(t)/_dt = T

T = ṁ u_e + (p_e - p_a)A_e = ṁ u_eff ⇒ u_eff = T/ṁ

M(t + dt) - M(t) = -Δm ⇒ ^dM/_dt = -ṁ

M ^dV/_dt = - ^dM/_dt u_eff ⇒ ΔV = - ^dM/_M u_eff ⇒ ΔV = u_eff ln(M_i/M_f)

Def: "Impulso specifico istantaneo" = I_sp = T/Ẇ con Ẇ = variazione del peso

Ẇ = mg_o per convenzione ⇒ u_eff = T/ṁ = ^T/g_o = T/Ẇ g_o ⇒ u_eff = I_sp g_o

N.B.: spesso il termine (p_e-p_a)A_e ‹‹ ṁu_e ⇒ ṁu_eff ≈ ṁu_e

Esempio: (Vantaggio del singolo propulsore rispetto a più propulsori in parallelo)

a) a) b) b)

È facilmente intuibile che la soluzione più efficiente dal punto di vista della potenza consumata è quella a singolo propulsore.

Def:

"Efficienza di spinta" → η_T = ^ṁu_e/_2P (quanta potenza trasformo in spinta)

questa può essere riscritta come: u_e² - T²/m_o² → η_T = T²/2ṁP

(espressa attraverso quantità risolvibili)

Def:

"Potenza specifica" → α = P/T (potenza necessaria per raggiungere una spinta T)

questa può essere riscritta come: P = u_eT/2η_T → α = u_e/2η_T

N.B.

Significato intrinseco della velocità d'uscita: poiché i valori attuali di η_T si aggirano intorno al 50% → η_T ≅ 0.5 → α ≅ u_e/2 "exhaust velocity"

Rappresenta la potenza specifica (tipicamente per propulsori elettrici abbiamo

α = 25000 ÷ 30000 W/N )

Propulsione elettrica:

I vari propulsori elettrici si distinguono in base a tre meccanismi di accelerazione:

Elettrostatici → Ion Thrusters (molto efficienti)
Gas Dinamici / Elettrotermici → Resistojet, Arcjet (muniti scambi di ugello)
Elettromagnetici → Magnetoplasmadinamici (MPD thruster), Hall Effect Thruster (HET)

Propellente (gas)

Generatore di potenza elettrica

In genere sono caratterizzati da una spinta minore rispetto ad altri tipi di propulsione (

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