Knäckfråga om värmestrålning

Be om vetenskapliga förklaringar till upplevelser, fenomen och anekdoter som du funderat på.
Thomas P
Inlägg: 9238
Blev medlem: sön 27 aug 2006, 19:01

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av Thomas P » tis 14 okt 2008, 15:24

gubblukt skrev:Argumentet att det inte går att fokusera solljuset tillräckligt kan väl ändå inte vara giltigt? Med hjälp av speglar är det väl teoretiskt möjligt att skicka en stor del av solens strålning mot en mindre punkt, t.ex. en kanna med vatten och det kan inte vara alltför svårt att komma upp i tillräcklig energi för att värma vattnet många tusentals grader(?)
Du kommer upp till max 6000 grader, dvs temperaturen på solljuset.

Tyvärr är det teorietiskt omöjligt att fokusera ljus från en utspridd källa som solen hur mycket som helst. Temperaturen i fokus ges av medeltemperaturen på strålningen som kommer in. För att den skall bli högre än solens måste du därför åt minst ett håll se en temperatur som är högre än solens, men det är inget du kan åstadkomma med linser och speglar. Du kan förstora bilden av solen så den täcker större vinkel, men i varje enskild punkt ser du bara en bit av solytan.

Försök att pussla ihop speglar eller linser som fokuserar ljuset från solen till en punkt så kanske du får lite insikt om varför det inte fungerar.
Argumentet att strålningen ut från kannan skulle öka så pass att det inte går att komma över en viss temperatur låter troligare. Jag är dock inte riktigt med på hur man kommer fram till att gränsen skulle ligga vid solens yttemperatur. Den enda egenskapen som det inkommande ljuset kan tänkas ha som speglar solens temperatur är väl våglängd och den varierar ju mycket riktigt med solens yttemperatur. Är det ljusets våglängd som sätter gränsen?
Det är ljusets intensitet per vinkelenhet som sätter gränsen.

Användarvisningsbild
rehn
Inlägg: 451
Blev medlem: mån 06 mar 2006, 20:06

Re: Jag hittade inget bra svar

Inlägg av rehn » tis 14 okt 2008, 15:29

BoS skrev:när någon påpekade att Stefan-Boltzmanns lag anger den maximala utstrålningen från en kula i fokus för speglar som koncentrerar solljuset medan ingen känd lag anger någon gräns för hur mycket strålning kulan kan motta.
Någon här som har ett?
Inte direkt. Men för att en svartkropp ska kunna ta emot strålning måste det ju finnas något som sänder ut strålningen. Och intensiteten på denna sändare är direkt relaterad till sändarens temperatur enligt Stefan-Boltzmanns lag.(SBL) Och eftersom det inte går att fokusera sändaren på ett godtyckligt litet mål blir det så att SBL även kommer att indirekt bestämma hur mycket en svartkropp kan ta emot.
Det som saknas i ovanstående är lite gymnasie-optik( som jag har glömt ) som beskriver hur väl man kan fokusera(projecera) ett föremål.

Ovanstående är något vi lever med i våra värmekameror, våra detektorelement kan aldrig blir varmare än det mål som projeceras på dom via optiken. Om dom är varmare sjunker deras temperaur tills ett jämnviktsläge inträffar där detektorelementet och målet har samma temperatur.
( Resonemanget ignorerar detektorelementets egenuppvämning och kamerans egenstrålning )

BoS
Inlägg: 291
Blev medlem: tis 14 okt 2008, 14:40

Nåväl

Inlägg av BoS » tis 14 okt 2008, 15:44

- det som fick mig svarslös, var att med tillräckligt stora speglar får man en inkommande strålning mot fokus som är större än den som kan stråla ut igen enligt Stefan-Boltzmanns lag.

Användarvisningsbild
rehn
Inlägg: 451
Blev medlem: mån 06 mar 2006, 20:06

Re: Nåväl

Inlägg av rehn » tis 14 okt 2008, 16:25

BoS skrev:- det som fick mig svarslös, var att med tillräckligt stora speglar får man en inkommande strålning mot fokus som är större än den som kan stråla ut igen enligt Stefan-Boltzmanns lag.
Hur det kan inträffa får du allt förklara.
Om du har en stor spegel måste den oxå ha lång brännvidd som i sin tur ger en större bild av den projecerade strålaren på objektet. Eller tänker jag fel( någon som kommer ihåg sin gymnasieoptik ? )

(Anders)
Inlägg: 11
Blev medlem: tis 14 okt 2008, 14:59

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av (Anders) » tis 14 okt 2008, 17:16

Hej!

Ny här på forumet. Registrerade mig för att göra detta inlägg. ;)

Fråga:
Vilken är den högsta teoretiska temperatur man kan uppnå med en solugn?

Svar:

Det finns ingen högsta teoretisk temperatur. Den temperatur du kan uppnå beror på hur mycket ljus du kan fokusera, och på hur liten kropp du lyckas fokusera detta ljus på.

Det hela är analogt med en hävstång. Det finns ingen högsta teoretisk gräns för hur stora kroppar du kan rubba med en hävstång, om du bara gör den lång nog. I detta fallet fungerar perfekt reflekterande och fokuserande speglar som hävstången, tillsammans med det faktum att den utstrålade brutto-effekten från en svartkropp enbart är beroende av dess area och temperatur, enligt Stefan-Boltzmanns lag. Så ju mindre kropp du kan fokusera ljuset på, desto varmare kan den bli.

Se även:

http://sv.wikipedia.org/wiki/Svartkroppsstr%C3%A5lning
http://sv.wikipedia.org/wiki/Svartkropp
http://sv.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmanns_lag

Ett exempel:

Jag antar här att det handlar om att värma upp en liten perfekt svartkropp som endast tillförs eller förlorar energi genom elektromagnetisk strålning. Vidare måste vi anta att det faktiskt existerar ett bra temperaturtåligt material att tillverka denna svartkropp av. Normala material förgasas eller blir plasma med fria elementarpartiklar vid de temperaturer vi här (teoretiskt) talar om.

Det kan vara lämpligt att föreställa sig att vi utför detta experiment ute i rymden, i avlägsen omloppsbana runt jorden, exempelvis. Vi gör det lite enklare för oss genom att anta att omgivningen har en temperatur på nära 0 grader Kelvin. Det finns inga andra varma kroppar i närheten, alltså.

Antag att du har en liten perfekt svartkropp med temperaturen 10 000 grader Kelvin. Svartkroppen är stor som en stor spelkula och har en mantelyta på 0,001 kvadratmeter. Enligt Stefan-Boltzmans lag strålar denna kropp då ut effekten:

0,001 * 10000 * 10000 * 10000 * 10000 * 5,6704E-8 = 567 040 W

Om vår svartkropp får hålla på och stråla så blir den naturligtvis mycket snabbt kall. För att den skall hålla sig vid temperaturen 10 000 grader Kelvin måste vi därför hela tiden tillföra samma effekt till kulan.

Vi tillför denna effekt genom att reflektera och fokusera solljus mot vår svartkropp.

Vi kan anta att solstrålningen har en effekt på 1000 W per kvadratmeter. Det är lite lågt räknat.

Då behöver vi en eller flera perfekt reflekterande och fokuserande speglar som tillsammans har en area på:

567 040 / 1000 = 567,040 kvadratmeter.

Observera att speglarna inte behöver fokusera på en godtyckligt liten punkt. Vår spelkula är ju trots allt inte så liten. Det finns inget som hindrar att du sätter in andra värden för temperatur eller arean på den svartkropp som du vill värma upp. Då kan du se hur mycket solljus din solugn måste samla in för att uppnå önskad temperatur.

Ett problem är dock att effektbehovet stiger med fjärdepotensen på temperaturen. Det innebär att du redan vid 10 600 grader inte klarar dig med speglar som motsvarar en fotbollsplan för att hålla din spelkula varm...

A.

Användarvisningsbild
rehn
Inlägg: 451
Blev medlem: mån 06 mar 2006, 20:06

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av rehn » tis 14 okt 2008, 17:55

(Anders) skrev:Hej!
Det finns ingen högsta teoretisk temperatur. Den temperatur du kan uppnå beror på hur mycket ljus du kan fokusera, och på hur liten kropp du lyckas fokusera detta ljus på.
Innan jag tror dig vill jag se den optiska konstruktionen där du med hjälp av en 567 m^2 spegel fokuserar solens ljus till en yta av 0.001 m^2.
Kommer att kolla ditt svar med vår optikexpert i morgon :twisted:

Jag anser att det är omöjligt och strider mot termodynamikens lag: att värme inte kan stråla( nettoflöde ) från en kallare kropp till en varmare.
http://sv.wikipedia.org/wiki/Termodynamik
"2. Andra huvudsatsen, eller entropiprincipen: Värme flödar från varmt till kallt."

Rehn

(Anders)
Inlägg: 11
Blev medlem: tis 14 okt 2008, 14:59

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av (Anders) » tis 14 okt 2008, 18:18

rehn skrev:Innan jag tror dig vill jag se den optiska konstruktionen där du med hjälp av en 567 m^2 spegel fokuserar solens ljus till en yta av 0.001 m^2.
Kommer att kolla ditt svar med vår optikexpert i morgon :twisted:

Jag anser att det är omöjligt och strider mot termodynamikens lag: att värme inte kan stråla( nettoflöde ) från en kallare kropp till en varmare.
http://sv.wikipedia.org/wiki/Termodynamik
"2. Andra huvudsatsen, eller entropiprincipen: Värme flödar från varmt till kallt."

Rehn
Flygplan som är tyngre än luft kan inte heller flyga, det fattar ju alla. Inte sant? :wink:

En trivial spegeluppsättning skulle kunna vara en enda stor spegel som är omkring 27 meter i diameter, kanske 25 meter bakom svartkroppen, sett från solen.

Men man kan ju tänka sig andra intresasanta uppställningar med sekundärspeglar och annat. Skulle man ha problem med att fokusera tillräckligt bra så kan man ju bara öka storleken och/eller antalet på speglarna.

Det finns inte heller något som hindrar att man har ett antal plana speglar som vinklar av ljuset 90 grader in mot svartkroppen. Och sedan har man ytterligare fokuserande speglar 25 meter bakom svartkroppen i förhållande till det infallande ljuset från sidan. Tre sådana extra speglar borde man kunna klämma in. Och alltså öka den inkommande effekten fyra gånger.

Då skulle man iofs bara komma upp i en temperatur på lite drygt 14 000 grader Kelvin.

Vi pratar inte om värme som flödar. Läs lite noggrannare vad du själv citerar! Vi pratar om elektromagnetisk strålning. Det är INTE samma sak. :D

A.
Senast redigerad av 1 (Anders), redigerad totalt 0 gånger.

Användarvisningsbild
rehn
Inlägg: 451
Blev medlem: mån 06 mar 2006, 20:06

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av rehn » tis 14 okt 2008, 18:29

(Anders) skrev:Vi pratar inte om värme som flödar. Läs lite noggrannare vad du själv citerar! Vi pratar om elektromagnetisk strålning.A.
Tyvärr börjar denna diskusion spåra ur, du saknar vissa elementära kunskaper i fysik. Värmestrålning arbetar jag med 5 dagar i veckan. http://www.flirthermography.com/sweden
Vg återkom med en bekrivning av den optiska konstruktion som klara det du påstår. Det räcker inte med att ange spegelns och målets diameter, resp bränvidd. Solen har en "storlek" på 0.5 grader. Använd linsformeln och räkna ut hur stor den projecerade bilden av solen blir.... !
Utår tv. nyheter på TV...

.

Användarvisningsbild
Billy Kropotkin
Inlägg: 4643
Blev medlem: mån 26 dec 2005, 23:32

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av Billy Kropotkin » tis 14 okt 2008, 18:54

(Anders) skrev:Flygplan som är tyngre än luft kan inte heller flyga, det fattar ju alla. Inte sant? :wink:
Nej, de kan de inte utan det förbrukas energi. Vad nu det har med saken att göra.
Vi pratar inte om värme som flödar. Läs lite noggrannare vad du själv citerar! Vi pratar om elektromagnetisk strålning. Det är INTE samma sak. :D
Om vi talar om svartkroppstrålning så beror frekvensen hos den elektromagnetiska strålningen på temperaturen på svartkroppen.
I contradict myself? So I contradict myself. I am vast. I contain multitudes.

(Anders)
Inlägg: 11
Blev medlem: tis 14 okt 2008, 14:59

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av (Anders) » tis 14 okt 2008, 19:03

rehn skrev:Använd linsformeln och räkna ut hur stor den projecerade bilden av solen blir.... !
Hm... ca 0,2 meter vid 25 meters brännvidd. Håller med, det blir inte så bra...

Får fundera ut ett bättre sätt att samla ihop ljuset. Förslag någon?

A.

Användarvisningsbild
ErikS
Inlägg: 1752
Blev medlem: tis 16 okt 2007, 19:46
Ort: Hisingen

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av ErikS » tis 14 okt 2008, 19:04

Förstorningen i en konkav spegel är m=-di/d0, där di är avståndet till bilden, och d0 är avståndet till objektet, dvs solen. Med en spegeldiameter på 27 m skulle du ha en fokallängd på en fjärdedel av detta, ca 7 m. Avståndet till solen är 1.5*10^11 m, så enligt linsformeln skulle bilden ligga i princip på fokallängden, alltså 7 m. Förstorningen blir således 7/(1.5*10^11)=4.7*10^(-11). Solens diameter är C. Bilden får alltså diametern 4.7*10^(-11)*1.5*10^9 m = 7 cm. Arean av punkten blir således 0.004 m^2.

(Anders):s beräkning funkar alltså inte i verklighten och termodynamiken andra huvudsats är räddad.

EDIT: Så att (Anders) gjort beräkningen själv.
Senast redigerad av 1 ErikS, redigerad totalt 0 gånger.

Användarvisningsbild
ErikS
Inlägg: 1752
Blev medlem: tis 16 okt 2007, 19:46
Ort: Hisingen

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av ErikS » tis 14 okt 2008, 19:05

(Anders) skrev:Får fundera ut ett bättre sätt att samla ihop ljuset. Förslag någon?
Nej, eftersom att det är fysikalisk omöjligt har jag inga förslag.

(Anders)
Inlägg: 11
Blev medlem: tis 14 okt 2008, 14:59

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av (Anders) » tis 14 okt 2008, 19:19

ErikS skrev:
(Anders) skrev:Får fundera ut ett bättre sätt att samla ihop ljuset. Förslag någon?
Nej, eftersom att det är fysikalisk omöjligt har jag inga förslag.
Jag tackar för undervisningen!

A.

Användarvisningsbild
rehn
Inlägg: 451
Blev medlem: mån 06 mar 2006, 20:06

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av rehn » tis 14 okt 2008, 20:23

Ser att ni har avslutat diskusionen utan mig, bra, så slipper jag anstränga mig.

En sak har jag lärt mig i fysik under årens gång:
Om jag ser ett resonemang som står i strid med termodynamikes lagar(TL) så är det fel.
Detta gäller ALLTID. Om tex. SR skulle visa sig ha konsekvenser som strider mot TL så är SR fel. Punkt.
Det som ibland kan vara svårt är att se att någonting strider mot TL( som tex. i föreliggande fall ).
Och även om man förstår att det strider mot TL så är det inte alltid uppenbart var felet ligger.
Tom. vår ärade Baltzar von Platen ( http://sv.wikipedia.org/wiki/Baltzar_vo ... 1898-1984) ) gjorde det misstaget en gång.
Edit: lägg på en parentes i slutet på länken till BvP

Användarvisningsbild
Suresh
Avstängd
Inlägg: 10143
Blev medlem: lör 06 sep 2008, 09:24
Ort: Ljung
Kontakt:

Re: Knäckfråga om värmestrålning

Inlägg av Suresh » tis 14 okt 2008, 20:35

rehn skrev: En sak har jag lärt mig i fysik under årens gång:
Om jag ser ett resonemang som står i strid med termodynamikes lagar(TL) så är det fel.
Detta gäller ALLTID. Om tex. SR skulle visa sig ha konsekvenser som strider mot TL så är SR fel. Punkt.

*snip*
Jag har dragit samma slutsats, vilket även har fått mig att - något vanvördigt - skriva detta om TL på http://www.uncyclopedia.com:

*
The first chapters of the Thermodynamic Laws generally consists of a range of Divine prerequisites, cosmic variables, scientific assumptions and general philosophical postulates. Then follows a declaration that the following paragraphs are Absolute and Indisputable, with a listing of exceptions that are dispositive through Chance, Control equipment misreadings, Magic, Divine Interventions, Miracles, or Beatification.

Thereafter comes the bulk text consisting of the paragraphs against harmful conclusions, inhibited phenomenas, negative Kelvin degrees, wishful thinking and one way streets of unreason.

The last chapters consists of the penalty ranges for Thermodynamic Law transgressions, normally ranging from simply Joule fines, brutal awakenings all the way up to excessive exercises in non-linear differential equation calculus. [/quotPS.

Vad är SR?
Senast redigerad av 1 Suresh, redigerad totalt 0 gånger.
Jag älskar den här frågeställningen (helt oironiskt). Intressant!

Skriv svar