Segunda ley de la termodinámica ... confusión sobre un ejemplo

Question

Por la segunda ley de la termodinámica, no debería ser capaz de utilizar cualquier cantidad de espejos/lentes para enfocar la luz solar en un objeto y el calor más allá de la temperatura de la superficie del sol (aproximadamente 5800K).

En principio, esto no tiene sentido para mí, pero estoy más preocupado con las matemáticas detrás de esto. Cada vez que me detengo a pensar acerca de la energía, las cosas parecen a romper en mi mente. No puedo superar el hecho de que los más de los rayos de luz de su enfoque (es decir, la más fotones), más la energía que se pasa en el sistema. Si aumenta la energía de su sistema, se parece a la energía media de las moléculas en el sistema seguirá aumentando.

¿Alguien puede mostrarme un matemático contraejemplo? Supongo que simplemente no entiendo todas las ecuaciones que ir necesariamente en este cálculo, porque sigo recibiendo de que la energía del sistema aumenta con cada fotón que pasa en su sistema. Gracias!

Si usted cree que mi declaración es incorrecta, por favor, mire problema 91 aquí y explicar por qué estoy incorrecta y cómo la respuesta es E http://www.physics.ohio-state.edu/undergrad/greStuff/exam_GR9677.pdf

Answer 1

La imagen en el GRE problema es engañosa (probablemente deliberadamente), ya que muestra todos los rayos que salen del horno paralelo. La luz proveniente de una fuente termal, será distribuido en la dirección así como la frecuencia, por lo que sólo una fracción se centra en el punto deseado. Hay algo en la óptica llamado el "etendue" (buscar), que describe cómo la distribución de la luz en ángulo, así como en el espacio. El hecho de que el etendue se conserva en la óptica (básicamente Louiville del teorema, la conservación del volumen en el espacio de fase) significa que un pasivo sistema óptico no puede aumentar la temperatura de la luz. De modo que el Correo es la respuesta correcta.

Permítanme explicar más, ya sé que esto va a ser polémico. Cuando se encuentre al aire libre, usted está expuesto a un 5000 grado térmico de la radiación de la fuente, sin embargo, que la fuente es limitada en el ángulo sólido (el ángulo sólido subtendido por el sol), que es la razón por la que usted no está calcinada. Si configura un montón de espejos parabólicos o lentes, o lo que sea, puede aumentar el ángulo sólido subtendido, pero sólo hasta un punto. Sólo hay 4 pi sterradians disponible. Si usted administra 4 pi sterradians, a continuación, usted tiene la plena 5000 grado térmico de la distribución, pero no puede ir más allá de eso.

Lo que el etendue nos dice es que si queremos exprimir la radiación en el espacio (de concentración) nos extendió en ángulo. Es la distribución en el espacio y en el ángulo que caracteriza a la térmica de distribución, no de la intensidad.