Температура в фокусе

Какую максимальную температуру можно получить с помощью оптической системы, собирающей в фокус солнечные лучи?

Ключевые слова: солнечная печь, второе начало термодинамики, закон Стефана-Больцмана, светосила.

Благодарим вас за интерес к нашей работе! Получить доступ к дополненным материалам и поддержать нас можно в нашем телеграм-канале:

или на сервисе Boosty:

Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ

[zloibot]

Чем больше площадь зеркала тем больше энергии фокусируем, то есть больше мощность

[ImortalTanat]

Солнечные печи делают большими потому что не возможно передать энергии больше чем получил изначально, а чтобы получить больше энергии нужна собирающая поверхность большей площади. Даже у описанной в ролике печи пятно фокуса около 40 см, что в сравнении с площадью зеркала достаточно скромно. Все дело в том что большие печи рассчитаны на больших размеров нагреваемые объекты. Если мы будем маленькой печью нагревать большой объект, то получим лишь локальное повышение температуры.

[АндрейКретинин-ме]

Если совсем на пальцах объяснять, то чем выше температура нагреваемого тела, тем больше потери энергии в окружающую среду. Соответственно что бы сильнее нагреть тело надо подводить больше энергии, что не только компенсировать потери, но и продолжать нагрев.
А суммарная подводимая мощность прямо пропорциональна площади собирающего зеркала.
Точнее площали проекции зеркала на плоскоть перепендекулярную приходящему от солнца световому потоку.

[SeduSYTB]

Площадь зеркал делают большой для увеличения массы (размеров) образца. Можно работать и с миниатюрными солнечными печами настольного формата, но тогда и с образцами придётся работать под микроскопом

[Walker]

По-моему ответ очевиден. Большие зеркала делают по той же причине, по которой чугун выплавляют не спичкой, а большой доменной печью, а троллейбус питают не батарейкой, а мощной электроподстанцией,

[Микробозавр]

Маленьким зеркалом можно расплавить 0.1 грамма металла, а большим можно расплавить уже тонну. Но маленькое не сможет нагреть эту тонну даже на 0.1°

[unclepasha]

Ответ на вопрос ролика: у большего зеркала температура та же, но мощность излучения больше. Нам, грубо говоря, нужно больше ватт, а не больше кельвинов.
В курсе оптики Ландсберга доказывается, что температура приёмника излучения не может быть больше температуры источника. Доказательство использует чисто фотометрические величины без привлечения второго начала термодинамики. Из этого, в частности, следует, что невозможно зажечь бумажку лупой, используя для этого свет Луны, даже если сделать лупу размером с километр.

[paveltsvetkov]

Спасибо за интересное видео.
Думаю, было бы логичным продолжением рассказать про разницу между ситуациями когда мы фокусируем солнечный свет мощность 1кВт и лазер такой же мощности на одном и том же объекте.

[antongoncharsky]

У меня в детстве было параболическое зеркало диаметром 23см. Я плавил свинец легко, алюминий плавился, но неохотно.

[БорисТополев]

Температура температурой важна ещё скорость нагрева тела, а для этого нужна большой поток энергии . Вот для этого и делается зеркало большим.

[sergeybaltak]

Я заметил такое, что боюсь задаваемых вопросов. Потому что боюсь, что не смогу на него ответить. А ведь так хочется быть умным и компетентным.

[SergeySedyh]

в маленьком зеркале можно вскипятить ложку воды, а в большом - ведро!
мощность будет разная, пропорциональная площади

[nicksiberian]

Температура на маленьком зеркале может быть и такая же, а вот мощность будет меньше. Большие зеркала строят для получения большой мощности.

[АлександрКузьмич-об]

@unclepasha2718 указал в комментарии, что нельзя поджечь бумажку лунным светом, даже если использовать линзу диаметром в километр... Прям вот захотелось задать вам вопрос! :) А если рассматривать Луну как плохое, но всё-таки, зеркало? Да, температура освещённой солнцем поверхности Луны достигает что-то около 100 градусов цельсия, и тепловое излучение нагретой поверхности ничего выше 100 градусов нагреть не может. А кроме теплового-то излучения Луна ещё светит ещё отражённым солнечным светом, от источника с температурой 6000 К. Гелиостаты в солнечной печи тоже не особо горячие, а температуру в фокусе дают большую. Так может и с Лунным светом получится, а?

[Aleksio]

Маленькое зеркало - маленькая точка фокусировки и будет металл. Если диаметр фокусировки будет всего 1 см, то как использовать это тепло?
Скорее всего исходили из размера пятна нагрева 40 см диаметром, а из него получили нужный диаметр зеркала.

[ЮрийРядков-яч]

Классная рубаха. (Не прикалываюсь, правда понравилась)

[РоманБазалевич]

Интересно было бы посмотреть в тему про эффективность киотского ящика. Творческого Вам вдохновения.

[papaschultz]

из за эффекта ближней зоны. При маленьком фокусном и большом размере линза будет уже толстой, это значить что сфокусировать свет уже не получится. Я бы сказал что F и R связаны - чтобы линза оставалась тонкой, F и R должны бы различаться на порядок, то есть раз в 10. а то и больше.
Поэтому, для соблюдения условия тонкости линзы, уменьшая F, придётся уменьшить и R. То есть ограничить размер чайника в центре. Его же нагреть надо, а не прожечь дыру в боку. Хотя, некоторые детки и не такое вытворяют в детстве. А уж потом вообще атас чего творят.
Ясен пень что в оптимуме R = 2F, то есть размер линзы = размеру чайника = 2F. И это минимум, учитывая что нет ничего идеального.

[KeFearek]

поток энергии распределён в пространстве. Это как увеличить диаметр водопроводной трубы для увеличения его пропускной способности

[micmac]

1. Больше площадь - больше мощность 2. Больше телесный угол вокруг образца с высокой температурой и меньше с низкой (охлаждающий)