Второе начало термодинамики - какие доказательства?

[поверхностный]

Фокус с линзой можно объяснить чистой оптикой. И вывод будет такой, что энергия, излучаемая единицей площади Солнца в сторону диска будет равна энергии, излучаемой единицей площади диска в сторону Солнца.
Пусть расстояние от линзы до Солнца в К раз больше, чем до диска. Сталбыть размер диска в К раз меньше, а площадь диска в К^2 раз меньше. В то же время, телесный угол, под которым Солнце излучает на линзу в К^2 раз меньше, чем когда диск излучает на линзу. Баш на баш.

[Вадим Семенов]

Народ, вы отвлеклись. Изначально пациент интересовался: можно ли абсолютно черное тело нагреть лучами Солнца до состояния более горячего, чем Солнце. Независимо от диагноза, задачка интересная. Я термодинамику давно забыл (даже ту малость, что осталась наутро после обмыва сданного экзамена), а интересно: теоретически возможно или нет?

Касательно задачи с линзой. Второе начало термодинамики говорит о неубывании энтропии. Та формулировка, которую использует автор, она скорее историческая, нежли современная и может рассматриваться как частный случай, справедливый, например, при непосредственном тепловом контакте двух тел. Тогда из неубывании энтропии действительно следует, что тепло может передаваться только от горячего тела к холодному. Если же расматривать вообще все возможные процессы, то тепловая энергия может передаваться от холодного к горячему, если при этом энтропия всей системы не убывает.

Пожалуйста, другой пример. Паровая машина с температурой нагревателя 100 градусов и холодильника, скажем, 20 градусов крутит динаму, получаемая электроэнергия нагревает спираль лампочки накаливания до 2-3 тысяч градусов. В отличие от умозрительного примера с нагреванием диска лучами солнца, тут, я думаю, никто не станет сомневаться, что это возможно Но в обоих случаях общая энтропия не уменьшается и второе начало термодинамики выполняется. К большому сожалению (для автора темы) опровергнуть его не удалось

[поверхностный]

Фокус с линзой можно объяснить чистой оптикой. И вывод будет такой, что энергия, излучаемая единицей площади Солнца в сторону диска будет равна энергии, излучаемой единицей площади диска в сторону Солнца.
Пусть расстояние от линзы до Солнца в К раз больше, чем до диска. Сталбыть размер диска в К раз меньше, а площадь диска в К^2 раз меньше. В то же время, телесный угол, под которым Солнце излучает на линзу в К^2 раз меньше, чем когда диск излучает на линзу. Баш на баш.

Ладно, сам себя спрошу, как это согласуется с расчетами Юрия? Видимо, для офигенно большого и короткофокусного объектива, по той же оптике, не получишь сколь угодно малого зайчика. По этой же причине не работают гиперболоиды.

[El Selenita]

Народ, вы отвлеклись. Изначально пациент интересовался: можно ли абсолютно черное тело нагреть лучами Солнца до состояния более горячего, чем Солнце. Независимо от диагноза, задачка интересная. Я термодинамику давно забыл (даже ту малость, что осталась наутро после обмыва сданного экзамена), а интересно: теоретически возможно или нет?

Конечно, можно. Что лупой, что зеркалами. А можно солнечную электростанцию построить, ток в аккумуляторах запасать и вообще высокотемпературную плазму потом из елестричества делать. Только при чём тут 2-е начало термодинамики?

[El Selenita]

Народ, вы отвлеклись. Изначально пациент интересовался: можно ли абсолютно черное тело нагреть лучами Солнца до состояния более горячего, чем Солнце. Независимо от диагноза, задачка интересная. Я термодинамику давно забыл (даже ту малость, что осталась наутро после обмыва сданного экзамена), а интересно: теоретически возможно или нет?

Если я ничего не путаю - нельзя.
Ибо величина теплового потока пропорциональна разности температур в 4 степени излучателя и приёмника.
Тут, правда, "абсолютная чернота" приёмника может как-то влиять... Лень думать, честно  :oops:

Пусть меня эксперты поправят, ибо я сам ТД подзабыл, а искать сейчас лень.

Ни при чём тут ни 4-я степень, ни чернота, ничего. Нет никаких законов, которые запретили бы лупой или собирающим зеркалом концентрировать излучение хоть те как и получать сколь угодно высокие (теоретически) температуры.

[El Selenita]

Фокус с линзой можно объяснить чистой оптикой. И вывод будет такой, что энергия, излучаемая единицей площади Солнца в сторону диска будет равна энергии, излучаемой единицей площади диска в сторону Солнца.

С какой-такой радости? Ничего не мешает с помощью некоей оптической системы сконцентрировать энергию солнца в узком луче, падающем на тело. Самому телу можно придать форму шара. Тогда излучать оно будет по меньшей мере в полусферу, а если пренебречь конечностью теплопроводимости - то и в полную сферу. И к солнцу будет возвращать обратно всего-ничего.

А если преставить ещё проще: можно заставить солнце кипятить котёл с водой, а энергию пара с помощью тепловой машины превращать в работу, которую тратить на нагрев чего-нибудь хоть до 20 тыс. градусов. Было бы желание. Или можно сделать импульсный лазер с солнечной подкачкой. Всё можно, что не запрещено 2-м началом.

Пусть расстояние от линзы до Солнца в К раз больше, чем до диска. Сталбыть размер диска в К раз меньше, а площадь диска в К^2 раз меньше. В то же время, телесный угол, под которым Солнце излучает на линзу в К^2 раз меньше, чем когда диск излучает на линзу. Баш на баш.

Этого рассуждения не понял.

[RadioactiveRainbow]

Каюсь.
Лоханулся конкретно... :oops:  

[поверхностный]

Каюсь.
Лоханулся конкретно... :oops:  

Где? В чем? Таких простых вечных двигателей не бывает. Вот возьмите систему линз и зеркал и попробуйте излучение от стены комнаты сконцентрировать так, чтобы в фокусе был нагрев.

[El Selenita]

Каюсь.
Лоханулся конкретно... :oops:  

Где? В чем? Таких простых вечных двигателей не бывает. Вот возьмите систему линз и зеркал и попробуйте излучение от стены комнаты сконцентрировать так, чтобы в фокусе был нагрев.

Легко. Точнее, от стены не очень легко с практической точки зрения, но от чего-нибудь более горячего - безо всяких проблем. С тем же солнцем: ничто не мешает (теоретически) построить параболический рефлектор (или систему рефлекторов) любого размера и фокусного расстояния, и получать в фокусе любой нагрев. Представьте себе рефлектор радиусом 100 метров с фокусным расстоянием 10 километров. В солнечный день такой рефлектор будет собирать порядка 10 мегаватт. Сконцентрировав свет в пятне 20 сантиметров (дифракция при таких размерах мешать ещё не должна), Вы заведомо сможете получить температуру выше эффективной солнечной. Рефлектору при этом возвращаться будет всего-ничего: он же виден из пятна под ничтожным углом. Если одного такого рефлектора будет мало, возьмите десять .

Только вечный двигатель тут совсем не при чём.

[Старый]

Ох, чтойто мне тут подозрительно. Так ведь и гиперболоид инженера Гарина можно сделать...

[Старый]

И тепло излучаемое стеной квартиры так можно собрать и термопару нагреть...

[поверхностный]

Представьте себе рефлектор радиусом 100 метров с фокусным расстоянием 10 километров. В солнечный день такой рефлектор будет собирать порядка 10 мегаватт. Сконцентрировав свет в пятне 20 сантиметров (дифракция при таких размерах мешать ещё не должна), Вы заведомо сможете получить температуру выше эффективной солнечной.

Для фокусного расстояния 10 км размер пятна будет 80 метров.

Только вечный двигатель тут совсем не при чём.

А вечный двигатель делается так: берется не Солнце, а просто теплое тело. С помощью вашей линзы концентрируются тепловые лучи, так, чтобы в фокусе температура была выше, чем у тела. Ставится тепловая машина на разности температур. Академики становятся в очередь за автографом.

[поверхностный]

Добавления.

Точнее, от стены не очень легко с практической точки зрения, но от чего-нибудь более горячего - безо всяких проблем.

Температура не проблема. Перельман в Занимательной Физике концентрировал "холод" от куска льда. В фокусе температура понижалась.[/quote]

Если одного такого рефлектора будет мало, возьмите десять .

Когда мы полностью окружим тело рефлекторами, тогда  его температура и сравняется с Солнцем  .

[El Selenita]

Ох, чтойто мне тут подозрительно. Так ведь и гиперболоид инженера Гарина можно сделать...

Я из поколения "Пепси", так что не читал.

[El Selenita]

И тепло излучаемое стеной квартиры так можно собрать и термопару нагреть...

Конечно, можно. Ничто не запрещает.

[El Selenita]

Представьте себе рефлектор радиусом 100 метров с фокусным расстоянием 10 километров. В солнечный день такой рефлектор будет собирать порядка 10 мегаватт. Сконцентрировав свет в пятне 20 сантиметров (дифракция при таких размерах мешать ещё не должна), Вы заведомо сможете получить температуру выше эффективной солнечной.

Для фокусного расстояния 10 км размер пятна будет 80 метров.

Почему это? Дифракцию прикидывать лень, но будет меньше намного. Если вдруг что - поставьте в пятно второе зеркало.

Только вечный двигатель тут совсем не при чём.

А вечный двигатель делается так: берется не Солнце, а просто теплое тело. С помощью вашей линзы концентрируются тепловые лучи, так, чтобы в фокусе температура была выше, чем у тела. Ставится тепловая машина на разности температур. Академики становятся в очередь за автографом.

А где вечный двигатель-то? Ваша машина равносильна следующей: берем тепловую машину с температурой нагревателя 400 кельвинов, вырабатываем с ее помощью электроток, током запитываем элетронагреватель, получаем на спирали нагревателя 600 кельвинов. Далее Вашим текстом: "Ставится тепловая машина на разности температур. Академики становятся в очередь за автографом".

Поняли, почему эти машины не будут работать как ВД 2-го рода? Потому что они превращают в работу не все отнятое от нагревателя тепло, а только часть.

[El Selenita]

Добавления.

Точнее, от стены не очень легко с практической точки зрения, но от чего-нибудь более горячего - безо всяких проблем.

Температура не проблема. Перельман в Занимательной Физике концентрировал "холод" от куска льда. В фокусе температура понижалась.

Так я и говорю: температура не проблема.

Если одного такого рефлектора будет мало, возьмите десять .

Когда мы полностью окружим тело рефлекторами, тогда  его температура и сравняется с Солнцем  .

Вот это уже слова не мальчика, но мужа. Если мы ИЗОЛИРУЕМ систему, т. е. полностью засунем ее в полость АЧТ, то тогда через какое-то время тепловые кванты, не могущие покинуть систему и хаотично в ней блуждающие и переотражающиеся, нагреют саму оптическую систему (линзу, рефлектор, световоды...) до температуры горячего тела, после чего линза/рефлектор придут в тепловое равновесие с ним и потеряют свои концентрирующие способности: будут отдавать нагревателю столько же тепла, сколько получают от него. И тогда уже никто никого нагревать не будет.

Но пока система не изолирована, и часть тепла в форме излучения ее покидает (уходя на далекие холодильники) - мы можем получать в фокусе сверхбольшие температуры.

[поверхностный]

:-) Простите пожалуйста, хочу уточнить, чем мы занимаемся - разбираемся со школьными задачками или спорим?

[Вадим Семенов]

Вот это уже слова не мальчика, но мужа. Если мы ИЗОЛИРУЕМ систему, т. е. полностью засунем ее в полость АЧТ, то тогда через какое-то время тепловые кванты, не могущие покинуть систему и хаотично в ней блуждающие и переотражающиеся, нагреют саму оптическую систему (линзу, рефлектор, световоды...) до температуры горячего тела, после чего линза/рефлектор придут в тепловое равновесие с ним и потеряют свои концентрирующие способности: будут отдавать нагревателю столько же тепла, сколько получают от него. И тогда уже никто никого нагревать не будет.

Но пока система не изолирована, и часть тепла в форме излучения ее покидает (уходя на далекие холодильники) - мы можем получать в фокусе сверхбольшие температуры.

К сказанному можно добавить, что не поглощать часть солнечного излучения линза не может в принципе: коэффициенты преломления и поглощения в диэлектрической среде связаны соотношениями Крамерса-Кронига. Согласно им абсолютно прозрачная непоглощающая среда обладает единичным коэффициентом преломления и ничего сфокусировать не сможет, а преломляющая среда неизбежно обладает ненулевым коэффициентом поглощения.

По сути линза представляет собой тепловую машину: получает тепло от нагревателя (солнца, ~6000K),  сбрасывает часть ее на холодильник (окружающий космос, 4K) и за счет этого производит полезную работу (нагрев диска до некоторой температуры, которая вполне может быть выше температуры нагревателя). Заметим, что за счет большой разницы температур теоретический КПД этой тепловой машины может быть достаточно высок: (6000-4)/6000 = 99.93%

[Вадим Семенов]

И тепло излучаемое стеной квартиры так можно собрать и термопару нагреть...

Но для этого вам придется сначала охладить вашу линзу до весьма низких температур. Линзой, нагретой до комнатной температуры вы не сможете сконцентрировать тепло, излучаемое стенкой. (Зеркала инфракрасных телескопов охлаждают, как вы знаете.) Теплая линза находится в тепловом равновесии и представляет такой же излучатель (и поглотитель), как и сама стенка и потому ничего нагреть выше равновесной температуры не может.