Kann man mit Mondlicht Feuer machen?

Mondlicht hat eine spektrale Spitze um sich herum$650\ \mathrm{nm}$(Die Sonne steht um ca$550\ \mathrm{nm}$). Gewöhnliche Solarzellen funktionieren gut, um es in Strom umzuwandeln. Die Kraft des Mondlichts ist ungefähr$500\,000$mal kleiner als die des Sonnenlichts, was für eine Sonnenkonstante von$1000\ \mathrm{W/m^2}$hinterlässt uns ca$2\ \mathrm{mW/m^2}$. Nach Berücksichtigung von optischen Verlusten und einem typischen Solarzellenwirkungsgrad von ca$20\ \%$, können wir wahrscheinlich hoffen, ca. zu extrahieren.$0.1\ \mathrm{mW}$mit einem ziemlich einfachen Folienspiegel von$1\ \mathrm{m^2}$Oberfläche. Angesammelt über eine ganze Nacht bei Vollmond bleibt uns das bei rund$6\ \mathrm h\times3600\ \mathrm{s/h}\times0.1\ \mathrm{mW}\approx2\ \mathrm J$von Energie. Das ist viel Energie, um mit den richtigen Chemikalien und einem dünnen Glühfaden als Heizelement ein Feuer zu entfachen.

Zumindest ein Vorteil für Sie ist, dass das Licht, das wir vom Mond empfangen, kaum etwas mit seiner Temperatur zu tun hat. Stattdessen ist es meistens eine sekundäre Lichtquelle, die Licht von der Sonne zu uns "reflektiert".

Der zweite Punkt zu Ihren Gunsten (glaube ich) ist, dass das thermodynamische Argument ziemlich schwach erscheint. Wir versuchen nicht, die Erde so heiß wie die Sonne oder so etwas zu machen. Das einzige, was wir wollen, ist, genug Energie in einem ausreichend kleinen Volumen mit Sauerstoff und etwas Brennstoff zu sammeln, um ein Feuer zu entzünden; Daher stammt die meiste Energie für das Feuer immer noch aus der Enthalpie der Verbrennungsreaktion.

Insgesamt würde ich denken, dass dies nicht unmöglich, aber wahrscheinlich sehr ineffizient ist, da wir nur einen winzigen Bruchteil der Energie aus dem vom Mond gestreuten Licht der Sonne erhalten.

Ich stoße das an, weil es in dieser Angelegenheit immer noch keinen Konsens zu geben scheint, selbst nach Randalls What If-Post und den darauf folgenden hitzigen Diskussionen:

Was-wäre-wenn-Post

Reddit-Diskussion, in der die Leute Randall stark widersprechen

Mein intuitiver Ansatz (Punkte aus den Diskussionen): Offensichtlich gilt Randalls Argument für schwarze Körper. Ein Teil des Mondlichts ist jedoch diffus reflektiertes Sonnenlicht und sollte daher ein Feuer auslösen können.

@Marty Green: Wenn mein Argument richtig ist, wird das "Hinzufügen von Monden zum Nachthimmel" die Temperatur sicherlich über die Oberflächentemperatur der Monde hinaus erhöhen (weil wir nur mehr Spiegel hinzufügen).

Wenn du den ganzen Himmel mit Monden füllen könntest, würdest du kein Feuer anzünden. Es wäre dasselbe, als würde man nach oben schauen und eine weite Fläche aus hell glänzendem Sand an einem Strand sehen. Was Sie mit Linsen und Spiegeln tun können, ist nichts anderes, als den Himmel mit Monden zu füllen, also nein: Sie können auf diese Weise kein Feuer entzünden.

Andere Antworten hier berücksichtigen zwei sehr wichtige Aspekte nicht. Erstens strahlt auch der erhitzte Punkt . Zweitens gibt es kein ideales Objektiv mit einem großen Verhältnis von Durchmesser zu Brennweite . Letzteres kann mit Entropie bewiesen werden.

Angenommen, das "magische" Beleuchtungssystem (das die ideale Linse enthalten könnte) existiert außerhalb der Erde. Nehmen wir auch an, wir umgeben dieses System mit einem Strahlungsbad mit Raumwinkel$4 \pi$mit Temperatur$T_0$. Dann befindet sich das System aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik im Gleichgewicht, wenn auch die Temperatur im „magischen“ Gerät gleichmäßig ist$T_0$. Dann entfernen wir, um ein strahlendes Objekt (z. B. den Mond) zu simulieren, den größten Teil der Strahlung und lassen nur einen kleinen Teil des Raumwinkels übrig. Besteht die „magische“ Beleuchtungseinrichtung natürlich nur aus Linse und Spiegeln, kann die Abstrahlung zum erhitzten Punkt hin nur abnehmen$\Rightarrow$es ist Temperatur$T \leq T_0$. Beachten Sie, dass die Temperatur$T$hängt nur von der Leistung ab, mit der es erhitzt wird, nicht vom Strahlungsspektrum.

Wenn Linsen mit beliebig großem Durchmesser und Brennweite vorhanden wären, könnten diese verwendet werden, um das Licht eines strahlenden Körpers (wie Sonne oder Mond) auf beliebige Intensitäten zu fokussieren, was zu beliebig hohen Temperaturen führt (im Widerspruch zum Beweis).

Wenn also der erhitzte Punkt schwarz ist, ist die maximale Intensität der Schwarzkörperstrahlung die Intensität des reflektierten Lichts. Die maximale Temperatur könnte also tatsächlich im Bereich von liegen$0^{\circ} C$.

Wenn der erhitzte Punkt nicht schwarz ist, sondern nur sehr hochfrequentes Spektrum abstrahlt, wären die erreichbaren Temperaturen höher, wahrscheinlich Temperaturen bis zur Temperatur der Sonne.

Es scheint, dass sich die Frage speziell auf die Verwendung eines Objektivs bezieht.

In der ursprünglichen Frage: "Wenn Sie also ein wirklich riesiges Objektiv haben ... und das gesamte reflektierte Licht auf einen Punkt fokussieren, sollte es mehr als genug sein, um ein Stück Papier zu entzünden, nicht wahr?"

In diesem Fall beantwortet die Verwendung von Solarzellen die Frage nicht.

Die Antwort ist nein. Unabhängig von der Linse können Sie die Oberfläche nicht heller als die Oberfläche des Mondes machen. Das ist Thermodynamik. siehe: Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Gesamtentropie eines isolierten Systems mit der Zeit immer zunimmt

Mit anderen Worten, Energie kann nicht von einem kälteren in einen wärmeren Bereich fließen.

Es kann auch unter dem Gesichtspunkt optischer Berechnungen erklärt werden. Siehe: Kommentar von CuriousOne über ein passives optisches System und die Erhaltung der Etendue. Sie sollten diesen Beitrag sehen. Insbesondere die Antwort von CountIbis, die die Grenzen anhand optischer Berechnungen erläutert.

Wenn das Objekt als schwarzer Körper strahlt, einen Radius von R hat, eine Temperatur von TT hat und eine Entfernung d entfernt ist, dann ist der Strahlungsfluss, der die Linse erreicht,:

$$F = \sigma T^4 \left(\frac{R}{d}\right)^2 = \sigma T^4 \alpha^2$$ Die Gesamtleistung der in die Linse PP eintretenden Strahlung ist die Fläche der Linsenöffnung mal dem Fluss: $$P = \pi r^2 F = \pi \sigma T^4\alpha^2r^2$$ Diese Leistung erwärmt schließlich den Bereich des Bildes in der Fokusebene. Der Strahlungsfluss dort ist: $$F_{\text{im}} = \frac{P}{\pi\alpha^2f^2} = \sigma T^4\frac{r^2}{f^2}$$ Angenommen, Sie legen einen schwarzen Körper in die Bildebene, dann wäre dort die Temperatur$T_{\text{im}}$wo$\sigma T_{\text{im}}^4 = F_{\text{im}}$deshalb: $$T_{\text{im}} = \sqrt{\frac{r}{f}}T$$ Das Verhältnis von Brennweite f und Objektivdurchmesser wird als F-Zahl bezeichnet und ist immer größer als 1 . Der Faktor, der TT in der obigen Gleichung multipliziert, wird also immer kleiner als 1 sein , daher können Sie auf diese Weise niemals eine höhere Temperatur als die Temperatur des Objekts erreichen .

Sie sollten auch die Links von @zubo sehen http://what-if.xkcd.com/145/

Da die Frage in keiner Weise eingeschränkt ist, lautet die Antwort ja , es ist möglich. Ist es "realistisch" möglich, nein .
Um dies zu ermöglichen, müssen Sie lediglich das Mondlicht (optisch oder elektrisch) konzentrieren , bis Sie die erforderliche Energie haben, um den Zündpunkt des Materials zu erreichen. Was es nicht realistisch macht, sind die Größe, die Kosten und/oder der Zeitaufwand für die Erstellung eines "Konzentrators".