Ein Feuer mit einer Linse ohne Sonne machen [Duplikat]

Ich bin neugierig auf die Fähigkeit einer Linse, ein Feuer zu entzünden, ohne Sonnenlicht zu verwenden. Ist es möglich, dass alternative Lichtquellen (LED, Glühlampen usw.) in Kombination mit einem sehr großen Fresnel ein Feuer entfachen? Oder besser gesagt, wie viel Energie könnte eine sehr große Fresnel-Linse mit alltäglichen Lichtquellen auf einen Punkt konzentrieren?

Wenn Sie verschiedene Arten von Lichtquellen in Betracht ziehen, welche wäre am besten geeignet, um die meiste Wärme zu erzeugen? Die Lichtausbeute und die Größe der Lichtquelle scheinen am offensichtlichsten, aber wie würde die Farbe des Lichts die Fähigkeit der Linse beeinflussen, Wärme zu erzeugen?

Wird eine Linse mit hoher Brennweite und großer Apertur (z. B. eine Fresnel-Linse mit riesigem Punkt) überhaupt in der Lage sein, die Menge an Lichtquellen zu fokussieren, die auf einen Punkt klein genug ist, um genügend Wärme zu erzeugen?

what-if.xkcd.com/145 (ich liebe xkcd!!!).
Nun, der Draht in einer Glühbirne brennt sehr schön. Sie müssen es nur in eine sauerstoffreiche Atmosphäre bringen. Zählt das? :D Auf jeden Fall funktioniert die Lichtquelle in einer Glühlampe genauso wie in der Sonne, also ist es natürlich möglich. Weitere interessante Lichtquellen sind LEDs, Laser, Mondlicht, Leuchtstoffröhren und ähnliches.
Wenn Sie Kinofilme genossen haben, dann haben Sie die Mittel gesehen. Wenn der Film bei eingeschaltetem Licht und geöffnetem Verschluss stoppt, schmilzt und verkohlt die Hitze bei einem einzelnen Bild sofort und verkohlt den Film. In den Tagen des Zelluloidfilms war dies eine enorme Brandgefahr in Kinos und führte zu einer Umstellung auf Filme auf Acetatbasis, sobald das Material ausgereift genug war.

Antworten (3)

Wenn Sie eine Linse (oder einen Fokussierspiegel) verwenden, um die "Leistung" einer Lichtquelle zu erhöhen - sei es die Sonne oder eine andere Lichtquelle -, lassen Sie die Lichtquelle wirklich "größer aussehen". Das ist sehr ähnlich wie "näher an der Quelle zu sein".

Wenn Sie beispielsweise sagen, dass die Sonne normalerweise eine Scheibe ist, die sich über etwa 0,5 ° am Himmel erstreckt, dann ist die Fläche, wenn ich ein Objektiv habe, das es so aussehen lässt, als hätte es einen Durchmesser von 5 °, die Fläche etwa 100-mal größer (Quadratdurchmesser) und die Energiefluss wird sich ungefähr "wie die Kraft von 100 Sonnen" anfühlen. Ich sage "ungefähr", weil es Ineffizienzen bei Linsen und Spiegeln gibt.

Das gleiche Prinzip kann auf jede andere Lichtquelle angewendet werden - wenn Sie das Licht "größer erscheinen lassen", ist der Nettoeffekt derselbe wie der von "näher kommen" oder "mehr Licht haben". Das bedeutet, dass die Frage, ob Sie eine Linse verwenden können, um etwas zum Brennen zu bringen, wirklich auf Folgendes hinausläuft: Wenn Sie Ihrer Lichtquelle wirklich nahe kommen, würde das Ding, das Sie in Brand setzen wollen, Feuer fangen? Wenn die Antwort "Ja" lautet (wie bei der Sonne), können Sie eine Linse verwenden, um "es so aussehen zu lassen, als wären Sie so nah dran". Wenn die Antwort "Nein" lautet, hilft ein Objektiv nicht.

Insbesondere ist es mit Linsen / Spiegeln nicht möglich, ein Objekt heißer zu machen als die Lichtquelle, die Sie fokussieren. Dies wird in dieser früheren Antwort ausführlicher erläutert

Eine Sache, die zu beachten ist - Glühbirnen haben einen Mindestabstand zum Glühfaden (die Glühbirne hat eine bestimmte Größe), sowohl um zu verhindern, dass das Glas zu heiß wird, als auch um das Risiko zu verringern, dass Dinge Feuer fangen, weil sie zu nahe am Glühfaden sind . Mit einem Objektiv ist es jedoch recht einfach, "es so aussehen zu lassen, als ob Sie dem Filament wirklich nahe wären". Mit anderen Worten, eine anständige Linse (dh eine Linse mit ausreichend niedriger Blendenzahl 1 ) sollte in der Lage sein, einen Glühfaden einer Glühlampe so auf ein Stück Papier zu fokussieren, dass er ein Loch hineinbrennen kann.

1 Die Blendenzahl ist das Verhältnis der Brennweite eines Objektivs zu seinem Durchmesser. Je niedriger die Zahl, desto größer die Linse – und desto mehr Licht pro Flächeneinheit sammelt sie.

Nein, die hier beabsichtigte optische Vorrichtung lässt die gleiche Energiemenge auf eine kleinere Fläche treffen, wodurch mehr Energie absorbiert und in dieser kleineren Fläche in Wärme umgewandelt wird. Die Physik der alten Schule geht wahrscheinlich davon aus, dass Licht einer bestimmten Qualität nur von einer Quelle mit einer bestimmten Temperatur erzeugt werden kann - LEDs / Laserdioden und Gasentladungslampen verschiedener Beschreibungen sind nicht auf Wärme angewiesen, um Licht zu erzeugen, für das Sie sie entwerfen.
- Was Sie wirklich tun, ist, die Lichtquelle "größer aussehen" zu lassen. Das ist sehr ähnlich wie "näher an der Quelle zu sein". War einfacher zu verstehen
@rackandboneman Nun, das funktioniert immer noch für Floris 'Faustregel - wenn Sie Feuer machen können, indem Sie das Objekt näher an die Lichtquelle bringen, können Sie die Optik verwenden, um dasselbe zu tun (Effizienz ignorieren). Der knifflige Teil ist, dass es wirklich nur in dem Maße funktioniert, in dem die Lichtquelle eine Punktquelle ist - und je näher Sie der Lichtquelle kommen, desto schlechter nähert sie sich einer Punktquelle an (Leuchtstoffröhren sind ein offensichtliches Beispiel).
Ich bin davon ausgegangen, dass Sie jede Linsenform - einschließlich eines Kondensators oder Kollimators - als Fresnel herstellen können?
@rackandboneman kein optischer Apparat kann die Leistung pro Flächeneinheit auf etwas Größeres als "an der Oberfläche" der Quelle konzentrieren. Und während die Quelle möglicherweise kein Schwarzkörper-Emitter ist, wird das Ding, das Sie in Brand setzen möchten, sich dem annähern. Vielleicht habe ich zu stark vereinfacht - aber Sie benötigen zunächst eine Menge Watt pro Quadratmeter in Ihrer Quelle, sonst kann die Optik nichts ausrichten.
Ich denke, eine Anordnung von Solarzellen, die die Quelle umgeben (oder zumindest das meiste Licht sammeln) und eine Punktquelle antreiben, würde nicht als optisches Gerät gelten :)
@Luaan wie lässt man eine Punktquelle größer aussehen? Es ist ein Punkt.
@candied_orange Stellen Sie sich vor, Sie platzieren die Punktquelle in einiger Entfernung 2 F von einer Linse mit Durchmesser D . Ein Beobachter auf Distanz 2 F Auf der anderen Seite des Objektivs wird die Punktquelle den gesamten Durchmesser des Objektivs „füllen“ – deutlich größer als ein „Punkt“. So „sieht“ die Fokussierung der Leistung der Punktquelle aus – die Quelle nimmt einen größeren Raumwinkel ein, und der Gewinn ist bei einer Punktquelle (die ohne Linse einen Raumwinkel von „Null“ einnimmt) am größten.

Sie können Licht nicht auf einen Bereich fokussieren, sodass es die Temperatur auf einen Wert erhöht, der größer ist als die Temperatur der Quelle. Dies hat seinen Ursprung in Fermats Prinzip und trägt, da es sich um eine Variationsrechnung handelt, einen Großteil der Physik. Dies ist hauptsächlich Lagrange- und Hamilton-Mechanik. Die grundlegende Erkenntnis ist, dass das Volumen, das ein System im Phasenraum von Ort und Impuls einnimmt, in konservativen Systemen eine Invariante ist. Das optische Analogon dazu zeigt an, dass man nicht in der Lage ist, Licht von einer Quelle zu konzentrieren und ein Zielmaterial auf eine Temperatur zu erhitzen, die größer ist als die der Quelle.

Sicher? Die Temperatur am Target wird durch die Absorption von Licht erzeugt. Und in der Praxis haben Menschen versehentlich Brände mit starken (grenzwertig illegalen Laserpointern der Klasse 4) gelegt, die Quellen verwenden, die sofort zerstört würden, wenn Sie sie auf die zum Entzünden eines Feuers erforderliche Temperatur bringen würden. Wie würde Licht "Informationen" darüber tragen, wie heiß die Quelle ist (es sei denn, die Qualität / Quantität des Lichts hängt von der Quellentemperatur ab, was bei einer Quelle wie einer LED nicht relevant ist!)
@rackandmoneman Es gibt verschiedene Definitionen von "Temperatur" für nicht-thermische Lichtquellen. Die thermodynamische Temperatur eines laseremittierenden Mediums ist tatsächlich negativ (weil es so gepumpt wurde, dass sich mehr Atome in einem angeregten Zustand befinden, als durch einfaches Erhitzen des Mediums erreicht werden kann).
@rackandboneman Im Fall eines Laserpointers emittiert er mehr Licht als nur Wärmestrahlung. Wenn Sie in einem heißen Teil der Welt leben, bemerken Sie möglicherweise ein Gerät namens Klimaanlage. Es kann das Innere des Raums kühler machen als das Äußere, vorausgesetzt, dass das Äußere mehr geheizt wird als das Innere gekühlt wird. Diese Antwort ist richtig, wenn die beiden Körper nur Wärmestrahlung abgeben.
Ersetzen Sie hier die Temperatur durch Energie. Ich wollte eine kurze Antwort und umging das Thema nicht Boltzmann-verteilte Energie oder nichtthermalisierte Photonen. Sie können jedoch Energie aus einer Quelle nicht auf eine Energiedichte konzentrieren, die der Quelle entspricht. Zumindest geht das nicht ohne Verfälschung der Naturschutzgesetze.
Dieses "Etendue"-Zeug? Hoppla....

Es hängt sehr davon ab, wie gut Ihr Ziel das Licht absorbiert (anstatt es zu reflektieren) und es in Wärme umwandelt, und wie gut dieses Material Wärme ableitet, wenn es an einem kleinen Punkt erhitzt wird - schwarzer, matter Karton zum Beispiel absorbiert den größten Teil der Energie aus sichtbarem Licht und wandeln es in Wärme um. Es treten immer noch Verluste durch Schwarzkörper-IR-Strahlung und Oberflächenluftkühlung auf.

In der Praxis kann ein Watt Energie, das auf wenige Quadratmillimeter konzentriert ist (denken Sie an die Überhitzung eines sehr kleinen Widerstands mit 1 Watt elektrischer Energie, wenn brennbarer Dampf vorhanden ist), ein Feuer auslösen.

LEDs können Wirkungsgrade bei der Umwandlung von elektrischer Energie in optische Energie von mehreren 10 Prozent erreichen, sodass die tatsächliche optische Leistung in der gleichen Größenordnung liegt wie die Eingangsleistung ...

Ignorieren Sie Einschränkungen, die davon ausgehen, dass alles Licht aus Schwarzkörperstrahlung erzeugt wird, es sei denn, Ihre Lichtquelle arbeitet auf der Basis von Schwarzkörperstrahlung (eine Glühlampe tut dies, eine LED oder CFL nicht!).

Ein Feuer mit einer Linse ohne Sonne machen [Duplikat]
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