Ein bisschen hypothetisch, aber wenn man ausschließt, dass man einen Solardestillierapparat oder die SODIS-Methode verwenden kann, könnte man Wasser trinkbar machen, indem man die Sonnenwärme durch ein Vergrößerungsglas nutzt?
Papier entzündet sich selbst bei 451 ° F, Wasser kocht bei 212 ° F, aber das ist an einem konzentrierten Punkt, wenn Papier mit einer Lupe brennt. Wäre es möglich, mit der gleichen Methode eine kleine Menge Wasser zu kochen? Nehmen wir an, Sie haben eine Lupe mit einem Durchmesser von 3,5 Zoll und eine Vielzahl verschiedener kleiner Behälter aus Glas oder Metall.
Mir ist klar, dass Sie dann ein Feuer machen und Wasser in einem Metallbehälter kochen könnten, aber ich bin nur neugierig, ob es möglich ist, das Wasser so weit zu erhitzen, dass es trinkbar ist, ohne es mit dieser Methode ins Feuer zu stellen. Da Brände Rauch verursachen, nehmen wir an, Sie befinden sich an einem weniger wünschenswerten Ort, an dem der Rauch eines Feuers Ihren Standort verraten könnte, wenn Sie dies nicht möchten.
Lassen Sie uns einige Berechnungen auf der Rückseite des Umschlags durchführen.
Die spezifische Wärme von Wasser ist die Energiemenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer bestimmten Wassermenge um 1 Grad C zu erhöhen. Dies ist 4,186 Joule/Gramm °C (Referenz) .
Um die Temperatur von 1 Liter Wasser (1000 g) um 80 Grad C (von Raumtemperatur zum Sieden) zu erhöhen, wären 4,186 * 1000 * 80 = 334.800 Joule.
Die auf einen Quadratmeter Erdoberfläche einfallende Sonneneinstrahlung beträgt maximal etwa 300 Watt/m² (Referenz) . Ein Watt ist ein Joule pro Sekunde, das heißt, Sie könnten 334.800 Joule von einem Quadratmeter Sonnenlicht in 334.800 / 300 = 1116 Sekunden oder etwa 19 Minuten bekommen.
Natürlich wäre eine Lupe mit einem Quadratmeter Fläche ziemlich schwer und unhandlich zu tragen. Ein größerer mit 9 cm (3,54 Zoll) Durchmesser wäre etwa 64 cm² oder 0,0064 Quadratmeter groß. Mit dieser Lupe würde unser 1 Liter Wasser in etwa 157-mal so viel Zeit oder etwa 175.000 Sekunden oder etwas mehr als 48 Stunden zum Kochen bringen.
Wie Sie sehen können, reicht die Menge an Energie, die Sie direkt von der Sonne sammeln können, nicht aus, um eine nützliche Menge Wasser in einer angemessenen Zeit zu kochen. Selbst wenn Sie nur ein kleines Getränk von 100 ml wollten, würde es immer noch den ganzen Nachmittag dauern.
Die Diskussion ist in der Tat theoretisch, weil sie mir unpraktisch - wie auch immer möglich - erscheint. Zunächst einmal gibt es einen großen Unterschied zwischen Papier (fest) und Wasser (flüssig). In der Flüssigkeit verteilt sich die absorbierte Lichtenergie durch Molekularbewegung ziemlich schnell und man bekommt nicht unbedingt so einen Hotspot wie auf einem Blatt Papier. Der Anteil des absorbierten Lichts wird natürlich sowieso das Wasser erwärmen.
Außerdem gibt es einen Unterschied, ob Sie eine Lupe oder einen Spiegel verwenden. Eine Lupe arbeitet in Transmission, ohne die mittlere Richtung des Lichts stark zu verändern. Er strahlt also nur dann deutlich mehr Licht auf das Wasser – und bewirkt damit insgesamt einen zusätzlichen Heizeffekt – wenn seine Oberfläche größer ist als die Projektion der Behälteroberfläche in Richtung des einfallenden Lichts. Ein Spiegel ist unabhängig von seiner Größe anders, da er in Reflexion arbeitet und viel Licht auf das Wasser umlenken kann, das sonst nicht auf das Wasser getroffen wäre.
Wie Paparazzo jedoch bereits in einem Kommentar angedeutet hat, ist Wasser im UV- und den größten Teil des sichtbaren Spektrums transparent, sodass ein großer Teil der Sonnenenergie überhaupt nicht vom Wasser absorbiert wird. Diese Quelle behauptet, dass 50 % der Sonnenenergie Infrarotlicht ist, das leicht von Wasser absorbiert wird. Sie sagen, dass fast das gesamte Infrarotlicht innerhalb der ersten 10 cm absorbiert wird, sodass Ihr Behälter für eine maximale Energieabsorption und mit dieser maximalen Heizrate, die durch die Lichtabsorption von Wasser verursacht wird, so tief sein müsste. Da wir davon ausgehen können, dass wir uns im Bereich der linearen Optik befinden, folgt die Absorption dem Beerschen Gesetz , das besagt, dass die Lichtintensität exponentiell mit der Eindringtiefe abnimmt, sodass eine Behältertiefe von etwas weniger als 10 cm wahrscheinlich keine große Sache ist.
Ebenso wichtig wie die Lichtabsorption durch Wasser ist die Lichtabsorption durch den Behälter. Wenn Sie einen schwarzen Topf haben, absorbiert dieser zusätzlich den größten Teil des sichtbaren (und wahrscheinlich UV-) Sonnenlichts, wodurch Ihr Wasser viel schneller erwärmt wird. So funktionieren auch Solarduschen (beachten Sie, dass sie keine Fokussieroptik verwenden), Herde usw. Entsprechende Abschätzungen der Heizraten unter solchen Vollabsorptionsszenarien sind bereits in der Antwort von Greg Hewgill und den entsprechenden Kommentaren enthalten.
Vielleicht könnten Sie ein sehr dünnes Glasrohr an einem größeren Wasserbehälter befestigen, ein bisschen wie eine Gießkanne, aber mit einem dünnen Ausguss, dann verwenden Sie eine Lupe, um Wasser ganz oben im Rohr zu kochen und den Dampf zu kondensieren würde die Tube auffüllen. Also die ganze Zeit, wenn Sie eine Teelöffel-artige Menge Wasser kochen, habe ich gesehen, wie sofort eine Lupe meine Haut verbrennen kann. Nur eine Idee, um nicht mehr das ganze Wasser auf einmal erhitzen zu müssen
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