Вопросы о демоне Максвелла

[Nessen8]

Считается, что для совершения работы в тепловом генераторе должен быть перепад температур. К примеру фотоэлемент размещенный на космической станции обращен одной стороной к солнцу, а другая его сторона находится в тени. Но что, в данном случае считать "тенью"? Допустим "солнце" светит одинаково абсолютно со всех сторон. Если у нас есть полый предмет в космосе, обклееный фотоэлементами со всех сторон, то будет ли его нутро, куда не проникает свет, - тенью? И будут ли фотоэлементы давать ток? Если да, то что мешает взять полый шар с вакуумом внутри, обклеить его фотоэлементами настроенными на инфракрасное излучение при комнатной температуре и разместить на земле? Будет ли это демон Максвела?

[venco]

А разве фотоэлемент является тепловым генератором (что бы вы ни имели под этим в виду).

[Nessen8]

Цитата:

А разве фотоэлемент является тепловым генератором (что бы вы ни имели под этим в виду).

Конечно. С точки зрения термодинамики фотоэлемент это тепловая машина. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%BD%D0%B0
А разве нет?

[venco]

Вы фотоэлемент с термоэлементом не путаете?

[sergey barancev]

venco в сообщении #862809 писал(а):

Вы фотоэлемент с термоэлементом не путаете?

А в чём собственно отличие, только в длине волны?

[warlock66613]

Всё ясно. Вы путаете не термоэлемент с фотоэлементом, а тепло с ИК-излучением. Я и сам этим страдал в своё время. Это разные вещи.

[Munin]

Nessen8 в сообщении #862752 писал(а):

Но что, в данном случае считать "тенью"?

То место, где ниже температура.

У предмета в космосе холод в тени связан с тем, что предмет излучает тепло (инфракрасное излучение), и из-за этого охлаждается. Излучает он всегда, куда бы ни был повёрнут. Но когда он повёрнут к Солнцу - он ещё и получает тепло, и приходящее тепло превышает уходящее. А когда он повёрнут от Солнца - приходящего тепла нет.

Nessen8 в сообщении #862752 писал(а):

Допустим "солнце" светит одинаково абсолютно со всех сторон. Если у нас есть полый предмет в космосе, обклееный фотоэлементами со всех сторон, то будет ли его нутро, куда не проникает свет, - тенью?

Поначалу - может быть, но потом это нутро нагреется, и по всему предмету установится одинаковая температура. Тогда все тепловые генераторы в нём прекратят работать.

В пустой полости в предмете - будет излучение, излучаемое его стенками, и поглощаемое обратно его стенками. Это называется "излучение чёрного тела". Оно зависит от температуры, и всегда находится в тепловом равновесии со стенками. Так что, стенки, обращённые во внутреннюю полость, не будут охлаждаться из-за излучения тепла, как это происходит со стенками, обращёнными наружу в космос.

(Можно считать, что космос - это огромная коробка с очень холодными стенками. Температура этих стенок - это температура реликтового излучения, 2,7 К. Пока предмет в космосе теплее этой температуры - он будет охлаждаться излучением в тени, но если он будет холоднее - будет нагреваться.)

-- 13.05.2014 23:29:01 --

warlock66613 в сообщении #862869 писал(а):

Вы путаете не термоэлемент с фотоэлементом, а тепло с ИК-излучением.

Да, надо как-то на эту тему отполировать то, что я написал. Но мне лень.

[Nessen8]

Цитата:

В пустой полости в предмете - будет излучение, излучаемое его стенками, и поглощаемое обратно его стенками. Это называется "излучение чёрного тела". Оно зависит от температуры, и всегда находится в тепловом равновесии со стенками.

Но температура ИФ излучения внутри объекта все равно будет оставася ниже той что снаружи посылают солнечные лучи? Температура поверхности Солнца около 6000 К, значит если предмет нагреется до этой тем-ры, он вообще должен расплавится после наступления равновесия. А если снаружи видимые лучи, а внутри ИФ, то температура должна все время оставатся разной? И аппарат продолжит работать?

[Munin]

Nessen8 в сообщении #863000 писал(а):

Но температура ИФ излучения внутри объекта все равно будет оставася ниже той что снаружи посылают солнечные лучи?

Нет, она будет равна температуре предмета. А температура предмета быстро достигнет температуры солнечных лучей.

Nessen8 в сообщении #863000 писал(а):

Температура поверхности Солнца около 6000 К, значит если предмет нагреется до этой тем-ры, он вообще должен расплавится после наступления равновесия.

Ну, да. А нефиг Солнце брать :-) Если взять звезду похолоднее, 3000 К (красный карлик), то это ещё могут выдержать какие-то тугоплавкие металлы.

Nessen8 в сообщении #863000 писал(а):

А если снаружи видимые лучи, а внутри ИФ, то температура должна все время оставатся разной?

НЕТ. НЕТУ никакой разницы между видимыми лучами и ИК (это не называется "ИФ"). Просто всё зависит от температуры. Есть закон Планка, и тепловое излучение (чернотельное) всегда подчиняется ему. У него есть максимум, пропорциональный температуре: $\lambda_{\max}T=\mathrm{const}.$ И дальше всё зависит от конкретной температуры.

Для нас повседневные температуры - комнатные - все в районе 300 К. Для них максимум приходится на ближний ИК. Поэтому в популярно-бытовом смысле и говорят, что "ИК - тепловое излучение".

Для Солнца температура 6000 К. Для него максимум приходится на видимый диапазон - на зелёный цвет.

Для криогенных температур, таких как 3 К, максимум выходит за пределы дальнего ИК, и приходится на радиоволны микроволнового диапазона - миллиметры.

Но всё это - тепловое излучение. Солнце светит в видимом свете ровно потому, что оно горячее. Любой предмет, нагретый до 6000 К, будет излучать в видимом свете, и для него тепловое излучение - будет видимым светом, а не ИК. Любой предмет с темературой в районе 300 К будет излучать ИК. Любой предмет с температурой 3 К будет излучать микроволны. И наоборот, если нагреть вещество до многих тысяч и миллионов градусов, то оно будет излучать сначала УФ, а потом рентген и гамма.

[Nessen8]

Если фотоэлемент работает близко к идеальному циклу Карно, то его кпд при температуре горячего тела - Солнца, будет близок к 90%. Это теоретически возможно. Значит он будет поглащать видимый свет, преобразовывать 90% в электричество, а оставшиеся 10 % энергии излучать внутрь контейнера. Эти лучи будут значительно более низкой температуры чем поглащаемые, а значит скорее всего ИФ диапазон. Затем эти ИФ лучи будут циркулировать внутри контейнера и переотражатся стенками. Как же произойдет нагревание изнутри стенок контейнера этими лучами до температуры Солнца? Ведь они имеют энергию которая соответствует гораздо меньшей температуре?

[druggist]

venco в сообщении #862809 писал(а):

Вы фотоэлемент с термоэлементом не путаете?

Ни фотоэлемент ни термоэлемент к тепловой машине не имеют никакого отношения

[Xey]

Nessen8 в сообщении #862792 писал(а):

Цитата:

А разве фотоэлемент является тепловым генератором (что бы вы ни имели под этим в виду).

Конечно. С точки зрения термодинамики фотоэлемент это тепловая машина. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%BD%D0%B0
А разве нет?

Может и как тепловая машина.Только надо иметь в виду большую разность температур источника излучения и приемника , и не забывать о телесных углах, в которых излучается энергия.

Если поместить две лампы в фокусах зеркального эллипсоида, то все излучение одной лампы попадет на вторую и наоборот.
Если включить одну из ламп, то вторая тоже раскалится, до такой же температуры. Потоки энергии в обе стороны уравняются, в сумме будет нулевой поток энергии.

В обычных условиях (без эллипсоида) только малая часть излучения включенной лампы попадает на выключенную. Поэтому температура выключенной будет небольшой (крохи энергии , получаемой от включенной лампы в малом телесном угле, выключенная лампа переизлучает в полный телесный угол).



А что будет если вместо выключенной лампы стоит идеальный фотоприемник , от которого энергия уходит по проводам?

[Prividenie s motorom]

Nessen8 в сообщении #862752 писал(а):

И будут ли фотоэлементы давать ток?

Если можно, пожалуйста, напишите какая конструкция у фотоэлемента. Что под этим словом следует здесь понимать? И если возможно, какова схема эксперимента? На что нагружен фотоэлемент?
После этих пояснений можно предположить, что же происходит на самом деле.

Nessen8 в сообщении #862752 писал(а):

Если да, то что мешает взять полый шар с вакуумом внутри, обклеить его фотоэлементами настроенными на инфракрасное излучение при комнатной температуре и разместить на земле? Будет ли это демон Максвела?

Обычный термос способен перехватывать тепловой поток (в данном случае - это излучение планеты Земля в инфракрасном диапазоне). В нём (в термосе) температура на 4 градуса выше комнатной. Я ставил такой опыт... Не думаю, что мои термо-измерительные датчики дали такую погрешность. Надо ещё раз повторить этот опыт.

[DimaM]

Prividenie s motorom в сообщении #863467 писал(а):

В нём (в термосе) температура на 4 градуса выше комнатной.

Температура чего?

[Xey]

DimaM в сообщении #863488 писал(а):

Температура чего?

Видимо температура термодатчика.
Обычно это терморезистор, у которого приличный самонагрев измерительным током . Самонагрев зависит от теплоотвода. чем меньше теплоотвод, тем выше температура самонагрева. В идеальном термосе такой термодатчик расплавится.

Хотя в данном эксперименте скорее всего была погрешность эксперимента.

-- Чт май 15, 2014 15:30:40 --

Prividenie s motorom в сообщении #863467 писал(а):

напишите какая конструкция у фотоэлемента. Что под этим словом следует здесь понимать?

Скорее всего фотодиод в фотогальваническом режиме.