Предельная мощность лазерной установки, примерно?

[frostysh]

Смотрел там видео по рисованию и науке, и тут нашел новость что в Штатах испробовали новую эдакую лазерную штуку, поискал во всемирной информационной сети — Navy tests laser that can destroy aircraft mid-flight (CNN), сайт кончено долго грузился но все же.
То есть вопрос в следующем: у нас есть воздух, есть лазерная штука, и мы допустим не ограничены в мощности электрики которая подводится к этой штуке, ну например у нас АЭС на авианосце или что нить такое, какая максимальна мощность этого лазера может быть, чтобы оно не расплавило саму установку на выходе луча, ибо лазер греет воздух тоже например, и детали будут греться?

Допустим у нас на выходе $2.5 \mkern 3mu \texttt{МВт}$, пусть $0.1 \%$ от этого идет на нагревания воздуха возле установки, в цилиндрическом объеме следуя лучу, то есть $2.5 \mkern 3mu \texttt{кВт}$, учитывая удельную теплоемкость воздуха, сухого воздуха при нормальных условиях, придем к выводу что кубический метр будет греться на там два градуса за секунду в таком случае? Что-то маловато...

П. С. Я еще не дошел до повторения, а точней изучения термодинамики, ток на кинематики чертовой, но тема интересная, решил спросить.

[Theoristos]

Вопрос некорректный.
Если сварить два однотипных авианосца, общая мощность установки скаканёт в два раза?

[angor6]

Цитата:

Предельная мощность лазерной установки, примерно?

В Википедии сказано, что таковая составляет 5408 ТВт.

[DimaM]

С военной точки зрения нужно смотреть не мощность, а энергию в импульсе.
А то джоуль за пикосекунду дает ого-го мощность, но с точки зрения "destroy aircraft mid-flight" это малополезно.

[frostysh]

Theoristos

Я вообще не понял что Вы там подразумевали, у нас допустим самый тугоплавкий материал там держит две тысячи на протяжении некоторого времени без катастрофической смены свойств, ну допустим подведем охлаждение, но все ровно этому будет предел и луч на определенной мощности просто поломает установку без разницы скок авианосцев слепить...
Кстати как примерно проходит луч через среду типа воздух на разных мощностях? Ну "на пальцах", я понимаю что это наверное сложная физика плазмы будет, но все же. То есть я думаю что мощный луч будет быстро терять энергию потому-что он будет превращать воздух в некоторое подобия плазмы состоящей с разлетающихся в стороны от луча зараженных частиц.

angor6

Я не найду!

DimaM

А, ну да, логично, много ватт будет. Но чисто с интуитивной точки зрения, если такую мощность держать реально секунду а не виртуально, то вроде будет нормально. Но естественно это не на этот, нанометр квадратный, а на больше.

(Оффтоп)

Вообще с военной точки зрение, от которой меня воротит лично, то лазерные побрякушки это будущее, особенно в безвоздухе необъятном где маленький Нилли прыгал, особенно с минимизацией ядерных самоваров и "дронификацией" всего и вся, для кристаллов не надо метры свинца как для защиты гуманоидов в "птичках" и шкарабанках с системами жизнеобеспечения.

[DimaM]

frostysh в сообщении #1464819 писал(а):

То есть я думаю что мощный луч будет быстро терять энергию потому-что он будет превращать воздух в некоторое подобия плазмы состоящей с разлетающихся в стороны от луча зараженных частиц.

Такое может случиться, если электрическое поле в луче станет порядка внутриатомного. Чтоб не быть голословным, оцените, при какой удельной мощности это получается.

[frostysh]

DimaM

О боги... Где этот Перышкин для моего, утомленного сегодняшним днем глаза и мозга. Я попытаюсь. Что такое электрическое поле внутри атома? — Естественно выразим это через напряженность поля, эдакую очень удобную характеристику, посему узнаем какая сила действует на частицы в атоме и разделим ее на заряд. Рассмотрим сначала атом азота, в нем семь протонов и семь электронов, это в нормального азота, итого получаем поле

$$E = \dfrac{F}{q_{e}} = \dfrac{\dfrac{q_{p} \cdot q_{e}}{4 \pi \varepsilon_{0} r_{N}^{2}}}{q_{e}} = 7 \dfrac{1.6 \times 10^{-19} \mkern 3mu \texttt{Кл}}{\left(4 \pi \dfrac{10^{7}}{4 \pi c^{2}}\right) \dfrac{\texttt{Фарад}}{\texttt{м}} \times r_{N}^{2}} = 7 \dfrac{1.6 \times 10^{-19} \times 9 \times 10^{16} \mkern 3mu \texttt{Кл}}{10^{7} \times 4.2 \times 10^{-8} \mkern 3mu \texttt{Фарад} \cdot \texttt{м}} \approx 2.1 \times 10^{-2} \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}}.$$

Где $r_{N}$ — средний радиус шарообразного атома азота в метрах. Чете слабое какое-то поле выходит, двадцать милливольт на целый метр. Как то не это, ну ладно, башка все ровно не варит. Какая же удельная мощность нам нужна для луча следуя с этого поля? Короче я не знаю, что-то ниче в голову пока не приходит, завтра еще подумаю...

[angor6]

frostysh в сообщении #1464819 писал(а):

angor6

Я не найду!

Я нашёл по словам "наибольшая мощность лазерной установки", используя поисковик Яндекса.

[frostysh]

У меня неправильно все написано, на самом деле как я и догадывался поля в атомах огромной силы, порядка $10^{11} \mkern 3mu \texttt{В} / \texttt{м}$, надо наверное не поленится и это все проделать в тетради и хоть немного разобраться с интерейшесним эффектом, хотя ща и не это изучаю. Надо пересчитать! Кстати чем хорош Латех, так это тем что если у тебя почерк плохой и не особо аккуратные записи, Латех это исправляет даже в плане использования для себя. Все! Нашел ошибку

$$E = 7 \dfrac{1.6 \times 10^{-19} \times 9 \times 10^{16} \mkern 3mu \texttt{Кл}}{10^{7} \times 4.2 \times 10^{-21} \mkern 3mu \texttt{Фарад} \cdot \texttt{м}} \approx 2.4 \times 10^{12} \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}},$$

забыл о степени среднего радиуса при поднесении до квадрата, теперь более-менее, далее разбираемся как мощность луча соединена с полем которое оно создает на своем пути...

angor6

Я не там совсем искал в статьях о принципах работы лазеров, но это не важно так как это совсем не то, там фемтосекунды а мощность виртуальная в плане никто не поддерживал это секунду например, к тому-же если брать удельную на площадь там тоже нано-нано все походу. Такие лучи лучи не повредят установку, а мне как раз интересны те которые повредят.

П. С. Как в Латехе отдельные части формулы выделять другим цветом?

[DimaM]

frostysh в сообщении #1464915 писал(а):

далее разбираемся как мощность луча соединена с полем которое оно создает на своем пути

Действуйте!
Дальше можно посмотреть, какая удельная мощность нужна для разрушения дюральки толщиной в несколько мм за единицы секунд и сравнить с числом, полученным выше.
А умножив эту потребную мощность на площадь дифракционного пятна на разумных дистанциях - получить минимально необходимую мощность и энергию лазера для сбития самолетов.

[angor6]

frostysh в сообщении #1464915 писал(а):

Я не там совсем искал в статьях о принципах работы лазеров, но это не важно так как это совсем не то, там фемтосекунды а мощность виртуальная в плане никто не поддерживал это секунду например, к тому-же если брать удельную на площадь там тоже нано-нано все походу.

Если Вы будете чётко формулировать свои вопросы, то будет проще их обсуждать. А пока всё сводится к Вашему монологу.

[frostysh]

Да, сеня сонно валяюсь на кровати и занимаюсь размышлениями по поводу этих ужасных лазеров в плане лучей, воздуха и так далее. Искал во многих учебниках, чтоб по проще, на "КОЛХОЗЕ", но попроще что-то не находится... Есть много вопросов: удельная мощность на метр квадратный это и есть интенсивность? Там в учебниках много слов пишется хороших, типа "вектор Пойнтинга", но проблема в том что я этого не особо так сказать понимаю... И не понимаю как это все связанно с электрическим полем в данном случае, и тем более как это поля связанно с мощностью которую мы тратим на этот луч. Я не пойму откудова эта формула $W = \varepsilon c E^{2}$, и что стоит в нее слева, является ли оно той мощностью о которой меня спрашивали? Справа диэлектрическая постоянна в СИ, скорость света и напреженность электрического поля (странно что не вижу магнитного в этом соотношении нигде). Пока посчитаем сколько там этих молекул, а также электрополе для кислорода атома

$$E_{O_{2}} = \dfrac{8}{7}E_{N_{2}} \approx 2.7 \times 10^{12} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}},$$

то есть если представить моль воздуха будет $9.6 \times 10^{23}$ частиц с полем азота и $2.4 \times 10^{23}$ частиц с полем кислорода. Если представить что лазер настолько мощный что это все расчепляет на плазму, то есть взять цилиндр основой в десять сантиметров и объема моли, то его длинна получится $\ell = 22.4 \times 10^{-3} \mkern 3mu \texttt{м}^{3} / \mkern 3mu 0.0314 \mkern 3mu \texttt{м}^{2} \approx 70 \mkern 3mu \texttt{см}$. Каковы потери мощности будут при этом?
Допустим мы должны создать на площади $3.14 \times 10^{-2} \mkern 3mu \texttt{м}^{2}$ поле порядка $10^{12} \mkern 3mu \texttt{В} / \texttt{м}$, какова удельная мощность для этого потребуется? Просто взять нашу мощность, разделить на площадь, пусть это будет $2.5 \mkern 3mu \texttt{МВт} \mkern 3mu / \mkern 3mu 3.14 \times 10^{-2} \mkern 3mu \texttt{м}^{2} \approx 0.8 \times 10^{8} \mkern 3mu \texttt{Вт} / \texttt{м}^{2}$, что если допустить что вся эта мощность идет в электрику, точней в электрическое поле, какая же напряженность поля это будет? Мощность это работа поля над зарядом на единицу времени, работа поля это заряд на поле на некое расстояние на которое его переместили относительно центра поля (для центральных полей). То есть взять суммарный заряд в этом объеме, и куда-то его переместить? Но относительно чего? Пусть будет относительно центральной оси цилиндра на пять сантиметров

$$E = \dfrac{A}{q \ell} = \dfrac{0.8 \times 10^{8} \mkern 3mu \texttt{Дж}}{1.7 \times 10^{25} \cdot 1.6 \times 10^{-19} \mkern 3mu \texttt{Кл} \cdot 5 \times 10^{-2} \mkern 3mu \texttt{м}} \approx 6 \times 10^{3} \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}},$$

опять что-то не то получилось, с другой стороны если взять уже заданное поле, выбрать единицу длинны, ну конечно метр это много... Далее можно посчитать удельную мощность

$$W = \dfrac{2.7 \times 10^{6} \mkern 3mu \texttt{Кл} \cdot 2.5 \times 10^{12} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}} \cdot 1 \mkern 3mu \texttt{м}}{3.14 \times 10^{-2} \mkern 3mu \texttt{м}^{2} \cdot 1 \mkern 3mu \texttt{c}} \approx 2.15 \times 10^{20} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{Вт}}{\texttt{м}^{2}},$$

посчитаем еще по вышеупомянутой, непонятной формуле

$$W = \varepsilon c E^{2} = \dfrac{E^{2}}{4 \pi c \cdot 10^{7}} = \dfrac{\left(2.5 \times 10^{12} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}}\right)^{2} \cdot 1 \dfrac{\texttt{Фарад}}{\texttt{м}}}{12.5 \times 10^{7} \cdot 3 \times 10^{8} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{м}}{\texttt{с}}} \approx 1.6 \times 10^{8}\left[\dfrac{\texttt{В}^{2} \cdot \texttt{Фарад} \cdot \texttt{с}}{\texttt{м}^{4}}\right],$$

короче опять что-то не то... Даже с размерностью не могу разобратся, ну ладно, потом. Хотя по первым прикидкам вышло походу ближе к истине.

DimaM

Да ненадо дюральку на плазму дезинтегрировать, это если я правильно понял что Вы напечатали. Там просто нагреть, дюральку или титанку, и капец сразу... В лучшем случае огненная колесница, в худшем сразу бдыщ! С ракетками тоже самое будет. Ток с бомбами обычными сложней, тем бронекорпус вроде если нету систем наведения этих "пластиковых", его дольше греть придется. Лично мое мнение. Да, буду разбираться с этим рассеяниями тоже немного.

angor6

Да, у меня иногда не получается напечатать аккуратно то что думаю, я стараюсь формулировать вопросы лучше. Я там упомянул вроде что повреждение деталей установки самим лучем в воздухе, нагрев там, по этому фактору максимальная мощность.

[DimaM]

frostysh в сообщении #1464962 писал(а):

формула $W = \varepsilon c E^{2}$

Хорошая, годная формула. Теперь подставьте в нее поле, которое нашли в предыдущей серии, и получите удельную мощность, при которой воздух ионизуется полем лазерного луча. Да, диэлектрическая проницаемость здесь безразмерная, спокойно можно брать единицу.

[Theoristos]

frostysh в сообщении #1464819 писал(а):

Theoristos

Я вообще не понял что Вы там подразумевали, у нас допустим самый тугоплавкий материал там держит две тысячи на протяжении некоторого времени без катастрофической смены свойств, ну допустим подведем охлаждение, но все ровно этому будет предел и луч на определенной мощности просто поломает установку без разницы скок авианосцев слепить...

Я могу потелепатить, но тварный факт в том, что без определения что есть "установка" (стопяццод тысяч триллионов лазерных указок подходит? Молекулярное облако в десятое светолет подходит?) и "мощность" (В розетке? Общая? На единицу площади? Среднесуточная?) под ваш вопрос подходит сильно Разное, и не факт что вас обрадующее.

Вы там, у себя в голове уже построили некую модель (и глубоко не факт что корректную и имеющую отношение к действительности), и спрашиваете по ней Совершенно Понятные Вопросы. Которые с этой стороны выглядят очень туманными.

[frostysh]

DimaM

Я не понимаю эту формулу, но догадываюсь что оно взято с соотношений которые в уравнениях Максвелла, также не пойму что единичка, в смысле размерность диэлектрической проницаемости единица или величина? Это Вы в расчетах увидели единицу возле фарадов у меня? Если да, то не, я просто перепечатал диэлектрическую как отношение через магнетон Бора в СИ и сократил в формуле скорость света, а чтобы не потерять размерность, и не печатать просто фарады на метры, я еще доумножил на единичку и возле поставил. В любом случае

$$W = 8{,}85 \times 10^{-12} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{Ф}}{\texttt{м}} \mkern 3mu \cdot \mkern 3mu 3 \times 10^{8} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{м}}{\texttt{с}} \mkern 3mu \cdot \mkern 3mu 2{,}5 \times 10^{12} \mkern 3mu \dfrac{\texttt{В}}{\texttt{м}} \approx 6{,}6 \times 10^{8} \left[\dfrac{\texttt{Ф} \cdot \texttt{м} \cdot \texttt{В}}{\texttt{м}^{2} \cdot \texttt{с}} = \dfrac{\texttt{Вт} \cdot \texttt{с} \cdot \texttt{В}}{\texttt{м}^{2} \cdot \texttt{с} \cdot \texttt{В}^{2}} = \dfrac{\texttt{Вт}}{\texttt{м}^{2} \cdot \texttt{В}}\right] \mkern -4mu ,$$

непойму почему не сходится размерность?

Theoristos

Установка имелось ввиду примерно такая как в видео в первом сообщении темы, грубо говоря: реактор, провод, пушка. Но я спрашивал только за нагрев лучем пушки, допустим что провода под охлаждением а реактор далеко. Ну с мощностью я сам пока не разобрался нормально.