Второе начало термодинамики - какие доказательства?

[El Selenita]

Представьте: сосуд с раскаленной плазмой, абсолютно изолированый, бочка с теплом.
В него погружена камера с дыркой. В точке на противоположной стороне дырки вход - яркий кружок, как Солнце.
И так же, как от Солнца, можно нагреть пластинку до высокой температуры, выше, чем у дырки.
Поставить термопару: один электрод на пластине, другой снаружи камеры.
А полученую энергию - хоть в другой такой же сосуд. Если он маленький, постепенно он может стать горячее первого.

Пока линза не нагреется, будет работать. Потом не будет.

[Старый]

Пока линза не нагреется, будет работать. Потом не будет.

А давайте линзу теплоизолируем?

[El Selenita]

Старый, Вы, похоже, не понимаете, как на самом деле работает линза. На самом деле акт преломления/отражения света состоит в: 1) поглощении фотона из приходящего пучка; 2) излучения фотона в преломлённый/отражённый пучок.

Такое я действительно не понимаю. Это чего у нас: линза - люминофор? А где вы такое прочитали? Часом не сами додумались?

Нет. Такое написано в любой книжке по оптике, я думаю. Это - как бы основы взаимодействия света (электромагнитного поля) с веществом. Вы должны рассматривать элементарные акты рассеяния/отражения. Кстати, можете рассматривать ситуацию и иначе, без поглощения/переизлучения, а действительно как отражения. Тогда проще взять в качестве аналога отскок молекулы от стенки. Молекула отскакивает от стенки абсолютно упруго лишь до тех пор, пока мы можем считать стенку идеальной, т. е. "абсолютно холодной". Но если стенка такая же горячая, как молекула, то Вы должны рассматривать этот акт детальнее. Т. е. вспомнить, что стенка состоит из молекул, которые сами колеблются, имеют в колебаниях ту же энергию, что налетающая молекула. И тогда Вы поймёте, что налетающая молекула уже не отразится под углом, равным падению, а с равной вероятностью сможет отскочить в любую сторону, потому что её воздействие с беспорядочно колеблющимися молекулами стенки будет вполне хаотичным. То же самое и с фотоном, если рассматривать его как частицу.

Однако нагретая линза излучает поглощённые фотоны не только в том направлении, куда должен по закону преломления/отражения идти преломлённый/отражённый пучок, но и во всех других направлениях.

А мне по барабану куда она излучает свои фотоны. Мне главное чтоб мой тразился (преломился) в нужном мне направлении. А если она в добавок к нему ещё и свой излучит то мне же и лучше - термопара сильнее нагреется.

Ваш фотон преломится/отразится в совершенно случайном направлении.  :wink:

Вероятность излучения фотона в "нужном" направлении тем выше, чем больше разность между температурой падающего фотона и температурой линзы.

Какая ещё вероятность? Какая температура фотона?

Это я условно говорю, упрощённо. Под температурой фотона я имею в виду соответствующую его энергии температуру, т. е. Т=h*nu/k (где постоянная Планка, где постоянная Больцмана и где частота фотона, Вы сами разберётесь ).

Это чего, качество оптики зависит от температуры зеркал?

Качество оптики нет. "Качество отражения" - можно сказать, и зависит.

А почему телескопы никто не охлаждает?

Потому что они отражают видимый свет, соответствующий эффективным температурам примерно 2000 - 30 000 кельвинов. Тогда как собственная температура зеркал на 1-2 порядка ниже. А зависимость там от отношения температур - экспоненциальная. Экспонента в минус десятой-сотой степени - это там сколько будет?

Почему у них при 300К фотоны не отражаются кто куда?

Отражаются. Экспонента от минус десятки - минус сотни. А вот с инфракрасным светом, как Вадим сказал, дело хуже. Там температуры излучения уже на порядок ниже, а экспонента минус единицы - это уже много. И, стало быть, зеркало нужно охлаждать.

Если температура линзы равна температуре падающего и поглощённого фотона, то вероятность переизлучения линзой поглощённого фотона

Какое ещё переизлучение? Кто переизлучает? Молекулы стекла, чтоли?

Бинго!

Интересно даже, а поглощают и переизлучают только молекулы стекла находящиеся на поверхности линзы или и в толще тоже?

Все.

Но всётаки просветите для начала как это стекло-люминофор поглощает и переизлучает фотоны? Это в каких институтах такому учат?

Я сейчас спешу, а компа у меня до понедельника не будет. Потом, если захотите, поищу Вам ссылок, это вопрос очень простой, инфа должна быть легко доступна. "Такому учат", я думаю, во всех институтах, кроме институтов благородных девиц и религиозных.

[El Selenita]

Пока линза не нагреется, будет работать. Потом не будет.

А давайте линзу теплоизолируем?

Надеетесь изобрести идеальную термоизоляцию? Не выйдет! Старый, завязывайте с идеализмом!  

[Старый]

Надеетесь изобрести идеальную термоизоляцию? Не выйдет! Старый, завязывайте с идеализмом!  

Идеальную не изобрету но сколь угодно хорошую - запросто. И пока она не нагреется у меня в комнате будет работать вечный двигатель второго рода.  
 Нагрев линзы ведь не принципиален для работы двигателя, его работа не основана на перетекании тепла от стен к линзе. Так что часть полученой энергии мы пустим на холодильник охлаждающий линзу а остальное - на лампочку и телевизор. Ну это только в случае если стекло и вправду окажется люминофором.

[Вадим Семенов]

Нагрев линзы принципиален: абсолютно прозрачная непоглощающая среда обладает единичным коэффициентом преломления и ничего сфокусировать не сможет, а преломляющая среда неизбежно обладает ненулевым коэффициентом поглощения и нагревается.  Коэффициенты преломления и поглощения не могут быть произвольными, они связаны соотношениями Крамерса-Кронига. Можете поискать их в сети. Если рассуждать на популярном уровне, в терминах шарика-фотона и стенки, то когда фотон соударятеся со стенкой чтобы искривить свою траекторию, он передает часть импульса молекулам стенки и нагревает ее.

[Старый]

Нагрев линзы принципиален: абсолютно прозрачная непоглощающая среда обладает единичным коэффициентом преломления и ничего сфокусировать не сможет, а преломляющая среда неизбежно обладает ненулевым коэффициентом поглощения и нагревается.

Ну а если зеркала? Нам тут 7-40 предлагал схему с зеркалами.

[Старый]

Но так или иначе принцип действия не основан на перетекании тепла от источника к зеркалу (линзе), значит это непринципиально и может быть обойдено.

[Старый]

А для начала тут ещё никто не объяснил как же работают "лучи холода" если зеркала не отражают ИК-лучи "той же" температуры.

[Старый]

О! А какой "температуры" инфракрасные лучи от пультика телевизора? Как они отражаются от зеркала?

[Вадим Семенов]

Ну а если зеркала? Нам тут 7-40 предлагал схему с зеркалами.

Ну и зеркала аналогично перестают отражать в заданном направлении.

Но так или иначе принцип действия не основан на перетекании тепла от источника к зеркалу (линзе), значит это непринципиально и может быть обойдено.

Нет, не может. Ну в некотором смысле холодильник "непринципиален" в любой тепловой машине. Если она работает на расширении горячего рабочего тела, то причем тут холодильник? Только неизменно оказывается, что по тем или иным причинам без него работать не будет. Классическая участь всех вечных двигателей второго рода.

А какой "температуры" инфракрасные лучи от пультика телевизора?

Ближний ИК, насколько я понимаю. Т.е. горячее комнатной температуры, но еще не светится. А вообще со светодиодами, лазерами, радиопередатчиками и т.п. надо осторожнее. У них спектр не тепловой и механизм излучения тоже не тепловой. Тут легко прийти к ложным выводам. В этом случае надо рассматривать не только длину волны, но и интенсивность. Там чтобы эффективную температуру получить, надо прикинуть, до какой температуры нужно нагреть абсолютно черное тело, чтобы оно излучало в этом диапазоне с той же интенсивностью. И такая температура может быть весьма велика. А то будете удивляться, как СВЧ излучением микроволновки, которое соответсвует температурам единицы-десятки кельвинов удается нагреть воду до кипения, а в индукционной печи с частотой 50Гц, что вообще какие-то жалкие доли кельвина плавить металл.

[чайник17]

Ешё лучше пример с радиотелескопами - от зеркала с температурой 300 К отражаются фотоны с энергией соотвествующей миллиКельвинам без всяких проблем. Только не надо нести пургу, что при снижении потока фотонов законы отражения меняются. Радиотелескопы, кстати, способны "видеть" тепловое излучение источников с температурой гораздо ниже 300 K

И с линзами - лично на практике проверял преломление радиоволн на линзах комнатной температуры. Опять же, не надо сказок, что если понизить мощность и убрать когерентность, то поведение линзы магическим образом изменится.

[чайник17]

Ну а кто не верит радиоволнам, может убедиться и собственными глазами. Если взять теплостойкую линзу, скажем из поваренной соли, и нагреть - то светиться она сама не будет - близко к абсолютно белому телу - но ей можно сфокусировать свет от достаточно чёрного тела той же температуры. Смотреть надо в темноте, после адаптации - я не помню температуры плавления типичных материалов линз - вроде где под 1000 C можно подобрать.

Стёкла при таких температурах уже начинают заметно течь.

[Старый]

Ну и зеркала аналогично перестают отражать в заданном направлении.

Так как всётаки полчаются "лучи холода"?

Нет, не может. Ну в некотором смысле холодильник "непринципиален" в любой тепловой машине. Если она работает на расширении горячего рабочего тела, то причем тут холодильник?

При том что горячее рабочее тело может расширяться только в сторону меньшего давления. Которая является "холодильником"

Только неизменно оказывается, что по тем или иным причинам без него работать не будет. Классическая участь всех вечных двигателей второго рода.

Вот именно. А в предложеной 7-40 схеме холодильника нет.

А вообще со светодиодами, лазерами, радиопередатчиками и т.п. надо осторожнее. У них спектр не тепловой и механизм излучения тоже не тепловой.

И что, на такие лучи законы физики не действуют?

И такая температура может быть весьма велика. А то будете удивляться, как СВЧ излучением микроволновки, которое соответсвует температурам единицы-десятки кельвинов удается нагреть воду до кипения, а в индукционной печи с частотой 50Гц, что вообще какие-то жалкие доли кельвина плавить металл.

Да нет. Меня больше интересует как СВЧ-излучению с температурой в десятки кельвинов удаётся отражаться от металлических листов с температурой в три сотни кельвинов. Вы уверены что в вашей теории всё правильно?

[чайник17]

Удалено.

[Bell]

Слуште, а разве термодинамика распространается на излучение?
Может тут начала просто неприменимы?

Если рассматривать теплопередачу двух соприкасающихся тел, то описанный фокус не прокатит. Тут работают статистические законы. А-то какой-то демон Максвелла получается  :wink:

[Вадим Семенов]

Радиотелескопы, кстати, способны "видеть" тепловое излучение источников с температурой гораздо ниже 300 K

Ничего подобного они видеть не способны. Попробуйте зарегистрировать тепловое радиоизлучение, например, шкафа. То  радиоизлучение, которое фиксируют телескопы на порядки сильнее, чем тепловое радиоизлучение тела с температурой 300К.

Опять же, не надо сказок, что если понизить мощность и убрать когерентность, то поведение линзы магическим образом изменится.

Поменяется не поведение линзы, поменяется баланс. Вам говорят, что линза, которая находится в тепловом равновесии с излучением не работает как линза, а вы говорите, что если зашарашить туда излучение помощнее нетепловой природы, либо, что то же самое, тепловой, но с более высокой температурой чтобы на той же длине волны излучалось больше, и тогда она по прежнему сможет выполнять роль линзы. Ну да, сможет. До тех пор пока не нагреется до этой новой равновесной температуры. Но это обстоятельство никоим образом не поможет построить ВД-2.

[Вадим Семенов]

Слуште, а разве термодинамика распространается на излучение?
Может тут начала просто неприменимы?

Конечно распространается. Просто надо аккуратно работать с нетепловым излучением и понимать, что эквивалентная температура такого излучения определяется не только максимумом спектра как у теплового, но и интенсивностью. На этом основано большинство кажущихся нарушений второго начала термодинамики. Придумайте способ, как из теплового излучения сделать монохроматическое но с той же энергией и ВД-2 у вас в кармане. Для удобства преобразования монохроматическую волну лучше сразу делать с частотой 50 Гц.

[Вадим Семенов]

Меня больше интересует как СВЧ-излучению с температурой в десятки кельвинов удаётся отражаться от металлических листов с температурой в три сотни кельвинов.

Отражается, потому что с точки зрения термодинамики температура этого излучения совсем не та, которую вы ей приписываете и оно не находится в тепловом равновесии с отражателем. Вы лучше подумайте, как излучением в десятки кельвинов удается плавить металл, ведь нагреть выше температуры излучения якобы невозможно, даже линзой

Еще раз о температуре нетеплового излучения. На картинке тепловой спектр. Можно заметить, что с повышением температуры излучение растет на всех длинах волн, но максимум смещается в коротковолновую область. Теперь предположим, что у нас есть радиопередатчик, узкий пик в длинноволновой области, но очень мощный, на многие порядки сильнее того, что излучается за счет тепла. Представьте, на сколько нужно поднять температуру тела, чтобы оно излучало на той же частоте столько же, сколько радиопередатчик.

[чайник17]

На самом деле, ВД2Р невозможен именно по оптическим соображениям.

Вот ссылка на популярный материал на эту тему:

http://commons.bcit.ca/physics/rjw/pmm/mach/bright/brightexp.htm

В основном он совсем не про то, существенная часть мелким шрифтом:

Quoting directly from the venerable Born and Wolf's "Principles of Optics" (6th ed.), p.189:
"If the refractive indices of the object and image spaces are equal, then ... the photometric brightness of the image cannot exceed that of the object, and can only be equal to it if the losses of light within the system are negligible."

Надеюсь,  ВС и 7-40 найдут эту или другую серьёзную книгу по оптике и убедятся в своей неправоте.