Меня интересует способность объектива разжигать огонь без использования солнечного света. Могут ли альтернативные источники света (светодиоды, лампы накаливания и т. д.) в сочетании с очень большим френелем вызвать пожар? Или, точнее, сколько энергии может сконцентрировать очень большая линза Френеля в одной точке при использовании повседневных источников света?
При рассмотрении различных типов источников света, какие из них лучше всего подходят для получения наибольшего количества тепла? Световая отдача и размер источника света кажутся наиболее очевидными, но как цвет света повлияет на способность линзы генерировать тепло?
Сможет ли объектив с большим фокусным расстоянием и большой апертурой (такой как гигантское пятно Френеля) сфокусировать необходимое количество источников света в достаточно маленькой точке, чтобы произвести достаточно тепла?
Когда вы используете линзу (или фокусирующее зеркало) для увеличения «мощности» источника света — будь то солнце или другой источник света — на самом деле вы делаете источник света «выглядящим больше». Что очень похоже на «быть ближе» к источнику.
Например, если вы говорите, что обычно солнце представляет собой диск, который занимает на небе около 0,5°, то если у меня есть линза, делающая его похожим на 5° в поперечнике, площадь примерно в 100 раз больше (диаметр в квадрате), а поток энергии будет ощущаться примерно как «мощность 100 солнц». Я говорю «примерно», потому что линзы и зеркала неэффективны.
Тот же принцип можно применить к любому другому источнику света — когда вы делаете свет «кажущимся больше», чистый эффект такой же, как при «приближении» или «большем количестве источников света». Это означает, что вопрос о том, можете ли вы использовать линзу, чтобы заставить что-то загореться, на самом деле сводится к следующему: если вы подойдете очень близко к источнику света, загорится ли то, что вы пытаетесь поджечь? Если ответ «да» (как в случае с солнцем), то вы можете использовать линзу, чтобы «сделать так, будто вы находитесь так близко». Если ответ «нет», то объектив не поможет.
В частности, с линзами/зеркалами невозможно сделать объект более горячим, чем источник света, на который вы фокусируетесь. Это объясняется более подробно в этом более раннем ответе
Следует отметить одну вещь: лампочки имеют минимальное расстояние до нити накаливания (колба имеет определенный размер) как для предотвращения перегрева стекла, так и для снижения риска возгорания вещей из-за того, что они находятся слишком близко к нити накала. . Однако с помощью объектива довольно легко «сделать вид, что вы действительно находитесь близко к нити накала». Другими словами, приличная линза (то есть линза с достаточно низким числом f 1 ) должна быть в состоянии сфокусировать нить накаливания лампы накаливания на листе бумаги так, чтобы она могла прожечь в нем дыру.
1 Число f — это отношение фокусного расстояния объектива к его диаметру. Чем меньше число, тем больше линза и тем больше света на единицу площади она собирает.
Вы не можете сфокусировать свет на области так, чтобы он увеличил температуру до значения, превышающего температуру источника. Это берет свое начало в принципе Ферма , и, поскольку это вариационное исчисление, оно применимо ко многим физикам. Это в первую очередь лагранжева и гамильтонова механика. Фундаментальный результат состоит в том, что объем, который система занимает в фазовом пространстве положения и импульса, является инвариантом в консервативных системах. Оптический аналог этого указывает на то, что невозможно сконцентрировать свет от источника и нагреть целевой материал до температуры, превышающей температуру источника.
Это очень зависит от того, насколько хорошо ваша цель поглощает (а не отражает) свет и преобразует его в тепло, и насколько хорошо этот материал отводит тепло при нагревании в небольшом месте - например, черный матовый картон будет поглощать большую часть энергии. из видимого света и преобразовать его в тепло. Потери по-прежнему будут возникать из-за ИК-излучения черного тела и охлаждения поверхности воздухом.
На практике один ватт энергии, сконцентрированный на нескольких квадратных миллиметрах (представьте, что перегрев очень маленького резистора с 1 ваттом электрической энергии при наличии легковоспламеняющихся паров) может вызвать пожар.
Светодиоды могут достигать эффективности преобразования электрической энергии в оптическую в несколько десятков процентов, поэтому фактическая оптическая мощность находится в том же порядке, что и входная мощность...
Игнорируйте ограничения, предполагающие, что весь свет генерируется излучением черного тела, если только ваш источник света не работает на основе излучения черного тела (лампа накаливания работает, а светодиод или компактная люминесцентная лампа — нет!).
пользовательLTK
Луан
KalleMP