Самая высокая температура, которую можно достичь с помощью увеличительного стекла и солнечного света [дубликат]

Температура поверхности Солнца около 5750К. Можно ли нагреть объект до температуры более 6000 К с помощью увеличительного стекла и солнечного света? Согласно второму закону тепло не может передаваться от более холодного объекта к более горячему, и поэтому невозможно нагреть что-либо до температуры выше 5750 К, используя только солнечный свет и увеличительное стекло.

Кроме того, я знаю, что можно достичь гораздо более высоких температур, используя электричество от солнечных элементов, но это не тот случай, поскольку солнечный элемент не на 100% эффективен (и работает только тогда, когда его температура ниже 5750K), а увеличительное стекло может быть 100% эффективность.

Ваш аргумент второго закона точен. Верно также и то, что можно достичь любой желаемой температуры, если иметь третью ванну с температурой ниже температуры солнца. Именно так солнечные элементы могут извлекать чистую энергию, которую можно использовать любым способом, в том числе для питания лазеров, ускорителей частиц и т. д., которые являются машинами, способными достигать гораздо более высоких температур. Макс. эффективность этих солнечных элементов в основном определяется эффективностью Карно ячейки, работающей между температурой солнца и 300K, и составляет прибл. 95%.
Ландау/Лифшиц V (Статистическая механика) подробно обсуждает случай линзы в конце §63 Тепловое излучение (по крайней мере, в пределе геометрической оптики). (Надеюсь, номер раздела правильный, он взят из последнего немецкого издания серии Ландау/Лифшица).

Ответы (1)

Вы можете перекачивать тепло от холодных объектов к горячим объектам, если заплатите больше энергии (это то, что делает ваш холодильник), и это не нарушает второй закон термодинамики.

Обратите внимание, что по мере того, как вы нагреваете объект, его тепловое излучение будет увеличиваться. Интенсивность (то есть мощность на единицу площади поверхности) теплового излучения пропорциональна Т 4 поэтому, когда температура вашего объекта выше, чем у солнца, его интенсивность будет выше, но если бы ваша линза могла фокусировать лучи, исходящие из области солнца, большей, чем площадь вашего объекта, вы все равно могли бы обеспечить большую мощность. Но насколько большим может быть ваш объект?

Предположим, у нас есть линза радиусом 10 см, которая могла бы сфокусировать все падающие на нее световые лучи на наш объект. Поток, который получает наша линза, намного меньше потока на поверхности Солнца ( р ⊙ радиус солнца, г среднее расстояние от Солнца до Земли):

л л е н с "=" л ⊙ ( р ⊙ г ) 2 "=" 2 × 10 − 5 л ⊙ п л е н с "=" А л е н с л л е н с "=" π р 2 л л е н с

Когда ваш объект имеет ту же температуру, что и солнце, его интенсивность такая же, как у солнца (при условии, что они имеют одинаковую излучательную способность):

л о б Дж е с т "=" л ⊙ п о б Дж е с т "=" А о б Дж е с т л ⊙

Итак, чтобы иметь одинаковую входную и выходную мощность:

А о б Дж е с т "=" 2 × 10 − 5 π р 2 "=" 0,66  мм 2

Это меньше одного квадратного миллиметра, и если вы хотите работать при более высоких температурах, площадь поверхности должна быть еще меньше. Здесь происходит то, что вы излучаете много входной энергии обратно в окружающую среду, чтобы повысить свою температуру лишь на небольшую величину.

Конечно, вы могли бы сделать это и с помощью солнечных батарей, но вам нужны солнечные батареи большего размера, так как их эффективность обычно составляет около 20%.

Тем не менее, ваше объяснение позволит получить температуры выше, чем у источника. Дело в том, что вы основывали свои рассуждения только на геометрической оптике, а здесь волнистость света будет играть ключевую роль (я так понимаю).
Этот ответ неверен. Этот ответ предполагает, что вы можете сфокусировать свет солнца на произвольно небольшой площади. Однако сохранение etendue гарантирует, что это невозможно en.wikipedia.org/wiki/Etendue . Этот ответ и комментарий сразу после него physics.stackexchange.com/a/140986 объясняют это более подробно.
Самая высокая температура, которую можно достичь с помощью увеличительного стекла и солнечного света [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 12v