Разжигание огня линзой без солнца [дубликат]

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?

what-if.xkcd.com/145 (я люблю xkcd!!!).
Ну а провод в лампочке накаливания очень красиво горит. Вам просто нужно поместить его в насыщенную кислородом атмосферу. Это считается? :D В любом случае, источник света в лампочке накаливания работает точно так же, как и в Солнце, так что конечно возможно. Более интересными источниками света являются светодиоды, лазеры, лунный свет, люминесцентные лампы и тому подобное.
Если вам нравились кинофильмы, значит, вы видели средства. Если пленка останавливается при включенном свете и открыт затвор, тепло на одном кадре быстро расплавляет и обугливает пленку. Во времена целлулоидной пленки это было огромной пожароопасностью в кинотеатрах и привело к переходу на пленки на основе ацетата, как только материал стал достаточно зрелым.

Ответы (3)

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.

Нет, оптическое устройство, предназначенное здесь, заставляет такое же количество энергии поражать меньшую площадь, заставляя больше энергии поглощаться и преобразовываться в тепло на этой меньшей площади. Физика старой школы, вероятно, предполагает, что свет определенного качества может генерироваться только источником определенной температуры - светодиоды / лазерные диоды и газоразрядные лампы различных описаний не зависят от тепла для генерации любого вида света, для которого вы их проектируете.
- что вы действительно делаете, так это заставляете источник света «выглядеть больше». Что очень похоже на «быть ближе» к источнику. Было проще понять
@rackandboneman Ну, это все еще работает для эмпирического правила Флориса - если вы можете разжечь огонь, приблизив объект к источнику света, вы можете использовать оптику, чтобы сделать то же самое (игнорируя эффективность). Хитрость заключается в том, что это действительно работает только в том случае, если источник света является точечным — и чем ближе вы подходите к источнику света, тем хуже он приближается к точечному источнику (очевидным примером являются люминесцентные лампы).
Я полагал, что вы можете сделать линзу любой формы, включая конденсор или коллиматор, в качестве линзы Френеля?
@rackandboneman никакое оптическое устройство не может концентрировать мощность на единицу площади на чем-то большем, чем «на поверхности» источника. И хотя источник может не быть излучателем черного тела, предмет, который вы хотите поджечь, будет близок к нему. Возможно, я упростил - но для начала вам понадобится много Ватт на квадратный метр в вашем источнике, иначе оптика ничего не сделает.
Я предполагаю, что массив солнечных элементов, окружающих источник (или, по крайней мере, собирающий большую часть света) и управляющий точечным источником, не будет считаться оптическим устройством :)
@Luaan, как сделать точечный источник больше? Это точка.
@candied_orange Представьте, что вы помещаете точечный источник на расстоянии 2 ф от объектива диаметром Д . Наблюдатель на расстоянии 2 ф с другой стороны линзы точечный источник будет «заполнять» весь диаметр линзы — значительно больше, чем «точка». Вот так «выглядит» фокусировка мощности точечного источника — источник занимает больший телесный угол, а коэффициент усиления наибольший у точечного источника (который без линзы занимает телесный угол «нуля»).

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.

Конечно? Температура в мишени создается за счет поглощения света. И на практике люди случайно устраивали пожары с помощью мощных (граничащих с незаконным классом 4) лазерных указок, в которых используются источники, которые мгновенно уничтожались бы, если бы вы довели их до температуры, необходимой для возникновения пожара. Как свет будет нести «информацию» о том, насколько горячий источник (если только качество/количество света не зависит от температуры источника, что не относится к источнику, такому как светодиод!)
@rackandmoneman Существуют различные определения «Температуры» для нетепловых источников света. Термодинамическая температура среды, излучающей лазер, на самом деле отрицательна (поскольку она накачана так, что в возбужденном состоянии находится больше атомов, чем можно получить простым нагревом среды).
@rackandboneman В случае с лазерной указкой она излучает больше света, чем излучает только тепловое излучение. Если вы живете в жаркой части мира, вы можете заметить прибор под названием кондиционер. Это может сделать внутреннюю часть комнаты более прохладной, чем снаружи, при условии, что снаружи нагревается больше, чем охлаждается внутри. Этот ответ правильный, если два тела излучают только тепловое излучение.
Замените энергию на температуру здесь. Я хотел получить короткий ответ и обошел вопрос о нераспределенной больцмановской энергии или нетермализованных фотонах. Однако вы не можете сконцентрировать энергию от источника до плотности энергии, отличной от той, что исходит от источника. По крайней мере, это невозможно сделать без искажения законов сохранения.
Этот "Этендю"? Ой....

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!).