Фотонный газ

[Degen1103]

Терзает вопрос о работоспособности фотонного газа. Хорошо известен вывод уравнения эксергии радиации, полученный для изотропного фотонного газа; показано, что её значение в обратимом процессе ограничено кпд Карно.

Но!!! Что будет в случае анизотропного направленного излучения, у которого $PV = E$, a не $\frac{1}{3}E$?!?! Не является ли в этом случае движение фотонов упорядоченным, подобным движению твёрдого тела или электронов проводимости, энергия которых м.б. полностью превращена в работу?...

Попытка разобраться приводит к пугаещему выводу, что при равной плотности энергии излучения в выделенном объёме давление на площадку окажется равным $P$ для изотропного ф-газа, $3P$ для заключённого между двумя зеркалами направленного туда-сюда нормально к ним излучения и $6P$ - для потока параллельного излучения от неограниченного источника.

Скажите, пжл, так ли это и что будет с уравнением состояния и энтропией?

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
Причина переноса: 1. Наберите все формулы и термы $\TeX$ом.
2. Приведите собственные содержательные попытки ответа на вопрос.
Инструкции по оформлению формул здесь или здесь (или в этом видеоролике).
См. также тему Что такое карантин, и что нужно делать, чтобы там оказаться.
После исправлений сообщите в теме Сообщение в карантине исправлено, и тогда тема будет возвращена.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: вернул.

[amon]

Degen1103 в сообщении #1148658 писал(а):

Что будет в случае анизотропного направленного излучения,

Я Вам больше скажу, к.п.д. электродвигателя переменного тока почти 100%. Переменный ток и направленное излучение это почти одно и тоже.

Ответ на Ваш вопрос - это не тепловое излучение, оно неравновесное и с ним все сложно. Температура для него не определена, и т.п. Поэтому теоремы термодинамики к такому излучению не применимы.

[Degen1103]

Да, спасибо, конечно, у электрического тока эксергия равна энергии. Насколько понимаю, известные выражения для эксергии излучения подразумевают следущее:
а) радиация полностью преобразуется в теплоту при температуре $T$;
б) из теплоты частично извлекается работа в обратимом цикле Карно с температурой окружающей среды $T_0$.
Отсюда естественно следует ограничение работоспособности излучения при термодинамическом преобразовании его энергии.

Но ведь, например, при направленной передаче микроволновое излучение можно полностью превратить в работу. Так не правильней ли считать, что эксергия направленного излучения равна энергии и не зависит от температуры окружащей среды?

-- 04.09.2016, 09:23 --

...ибо даже если направленное излучение имеет температуру $T_0$, его эксергия не равна нулю, поскольку движение фотонов упорядочено!

Это как статическое давление и скоростной напор

-- 04.09.2016, 09:34 --

Интересно, если антенна имеет температуру $T_0$, то примет ли она волну такой же температуры?...

[realeugene]

Не понял, что именно вас испугало? Излучение - это термодинамическая подсистема, у неравновесного излучения энтропия, разумеется, меньше, чем у равновесного при той же энергии. Да, направленное излучение более упорядочено, чем изотропное. Ещё и излучение с нетепловым спектром более упорядочено. Если излучение неравновесное (т. е. нетепловое), то при каждом отражении от каждого неидеального зеркала будет повышаться энтропия, и без источника очень быстро система перейдёт в равновесное состояние теплового излучения. И, да, из неравновесного излучения можно извлекать энергию тем или иным образом, что и делают почти все электростанции, кроме ядерных.

[Munin]

realeugene в сообщении #1148943 писал(а):

Излучение - это термодинамическая подсистема

Всё гораздо хуже: даже не одна.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы и отдельные обозначения (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы);
- постарайтесь убрать необщепринятые сокращения слов ("т-ру", "пжл" и т.п.).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[Degen1103]

realeugene в сообщении #1148943 писал(а):

Не понял, что именно вас испугало?

Не столь испугало, сколь больше запутало. Литературы-то хватает, вот, наример, весьма полезная статья, по отдельности вроде всё понятно, но в целом как-то в голове не укладывается.

Верно ли понимаю, что антенны радиоприёмников имеют более высокую температуру, чем у принимаемого излучения?

[realeugene]

Degen1103 в сообщении #1149180 писал(а):

Верно ли понимаю, что антенны радиоприёмников имеют более высокую температуру, чем у принимаемого излучения?

Бывает.
Антенна, грубо говоря - это зеркало, принимает излучение радиоприёмик.

[DimaM]

Разве в случае не чернотельного излучения имеет смысл понятие температуры?

[realeugene]

Тепловое излучение нередко главная причина помех, из которых приходится выделять сигнал.

[Degen1103]

DimaM в сообщении #1149187 писал(а):

Разве в случае не чернотельного излучения имеет смысл понятие температуры?

Ну пусть полоску вырежем из спектра, и направим её в моторчик. Ерунда какая-то выходит

[Xey]

Degen1103 в сообщении #1149180 писал(а):

Верно ли понимаю, что антенны радиоприёмников имеют более высокую температуру, чем у принимаемого излучения?

Спектральная яркость передающей антенны, в диапазоне излучаемых частот, соответствует высокой температуре черного тела. У лазера полоса узкая и спектральная яркость огромная.

realeugene в сообщении #1149186 писал(а):

принимает излучение радиоприёмик.

По-моему, приемник усиливает напряжение , которое наводится в антенне.