Мощность потока ЭМ излучения плазмы

[Rick & Morty]

Доброго времени суток.
Прошу помочь разобраться в следующем вопросе:
Имеется плазма с температурой 10000К, по закону Стефана-Больцмана мощность излучения этой плазмы пропорциональна 4 степени температуры
$q=\sigma \cdot T^4$
где $\sigma=5,67 \cdot 10^{-8} \, \text{Вт}/(\text{м}^2\text{K}^4)$

По моим расчетам при площади поверхности плазменного шнура 1см^2, ему необходимо в секунду сообщать мощность порядка 56,7 КВт и это только для компенсации потерь на тепловое излучение. Такое чувство, что я в чем то ошибся, или чего то не учел.
Прошу подсказать в чем именно. Или же все верно?

[sergey zhukov]

Rick & Morty
Закон Стефана-Больцмана - для твердых тел. Газы столько не излучают.

Точнее, это формула для абсолютно черного тела, которое поглощает все падающее на него излучение. Чтобы слой газа поглощал все падающее на него излучение, его толщина должна быть значительной.

[Rick & Morty]

sergey zhukov
Спасибо за ответ.
Скажите а по каким же тогда формулам считают излучение плазмы?
В плане того что искать.

[sergey zhukov]

Rick & Morty
О, ну тут я советовать уверенно не могу. Очевидно, что посложнее расчет будет.

[Rick & Morty]

sergey zhukov
И на том спасибо.

[Anton_Peplov]

Rick & Morty
Ключевые слова: "свободно-свободное излучение".

[pppppppo_98]

sergey zhukov в сообщении #1633774 писал(а):

Закон Стефана-Больцмана - для твердых тел. Газы столько не излучают.

о сколько на открытий чудных готовит просвящения дух (с)

сало быть фотосфера солнца имеет твердую поверхность... чудесно.. чудесно... расскажите кстати а что за твердые тела имеют температуру 10000К. я весь обратился в слух и не только

-- Сб мар 23, 2024 02:05:44 --

Rick & Morty в сообщении #1633779 писал(а):

В плане того что искать.

ниыего не ищите вы уже все нашли... ну практически... есть только вот ньюанес ... у плазмы две температуры - ионов и электронов и они разные, ибо плазма термодинамически неравновесна

[Rick & Morty]

pppppppo_98
OK спасибо, про то что у электронов и ионов температура разная слышал - на этом принципе и работает холодная плазма, у корой температура электронов высокая, а сами ионы холодные, за счет этого и не обжигает, но взаимодействует с веществом(проводят очистку поверхностей).

Тогда передо мной встают уже 2 вопроса:
1) Изначальный вопрос - верно ли я рассчитываю мощность ЭМ излучения с поверхности разогретой плазмы?
Спрашиваю, т.к. понимаю, что для создания такого шнура достаточно простого сварочника(вопрос конечно какая там температура плазмы будет - наверно порядка 5000) у которого максимальная потребляемая мощность много меньше 220В*100А= 22КВт (хотя для температуры 5000К и той же площади поверхности 1см^2 расчеты показывают всего 3,5 КВт мощности). А вот для 10000К только для поддержания излучения требуется уже 56,7КВт а там ведь еще и другие энергозатраты присутствуют.

2) Где примерно искать формулы для расчетов температуры ионов/электронов?
Догадываюсь, что в книжках по ядерному синтезу, либо по физике плазмы, но лучше спрошу - возможно кто то ткнет на нужную.

[Anton_Peplov]

Вчера не было времени ответить развернуто.

Закон Стефана-Больцмана - следствие планковского спектра (спектр - функция Планка).

Планковский спектр имеет тепловое излучение оптически толстого тела. Не важно, твердого, жидкого или газообразного, главное - оптически толстого, т.е. с оптической толщиной > 1. Качественно это означает, что генерируемые телом фотоны не улетают сразу в вакуум, а многократно поглощаются и переизлучаются. Фотосфера Солнца оптически толстая, плазменный шнур в установке - скорее нет.

Тепловое излучение - любое излучение, в котором энергия теплового движения частиц тем или иным способом преобразуется в энергию электромагнитных волн. Физические механизмы такого преобразования могут быть разными. В плазме это свободно-свободное излучение: частицы тормозятся в электрических полях друг друга и излучают, как и положено зарядам, движущимся с ускорением.

Подробности и формулы нужно смотреть в литературе по физике плазмы, либо в астрономической литературе (астрономы часто имеют дело с космической плазмой). Например, есть хорошая книга: И. Ф. Малов. Механизмы космического излучения.

pppppppo_98 в сообщении #1633803 писал(а):

ниыего не ищите вы уже все нашли

Ничего он не нашел, у него шнур оптически тонкий.

[Rick & Morty]

Anton_Peplov
Спасибо, за ответ.

Может кто нибудь еще какие то книги посоветует по физике плазмы?

[Cos(x-pi/2)]

Rick & Morty
Много учебной литературы по разным темам физики (и по математике) доступно на страницах библиотеки сайта eqworld. По физике плазмы, возможно, найдёте нужную литературу на этой странице (конкретную книгу не могу посоветовать, я не специалист в этой теме):
https://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/plasma.htm

[pppppppo_98]

Cos(x-pi/2) в сообщении #1633838 писал(а):

По физике плазмы, возможно, найдёте нужную литературу на этой странице (конкретную книгу не могу посоветовать, я не специалист в этой теме):

да ему вообще не по физике плазмы нужна литература, а по физике газового разряда, причем даже не по физике ,а по инженерии или Даже СНИПы, СанПиНы... со своей стороны могу сказать, что исходя из личных наблюдений за сваркой мощность сварочного аппарата, как источника света сравнима примерно с мощностью ламы накаливания - то есть ватты/десятки ватт - на баланс энергии сварочного аппарата не влияет...Но спектр (вообще ни разу ни тепловой) сильно смещен в ультрафиолетовую область из-за ионизации внешних электронов

https://earchive.tpu.ru/bitstream/11683 ... 02-305.pdf

[Rick & Morty]

Cos(x-pi/2)
Спасибо и на том, может что то и найду.

pppppppo_98
Плазма от сварочника была взята для примера, т.к. там заранее известна потребляемая сварочником мощность, ориентируясь на которую можно было бы понять есть ошибка в расчетах или ее нет, т.к. энергия(она же мощность) из неоткуда браться не может, а значит если будет излучаться больше чем потребляется то ошибка точно в чем то есть.
Меня интересует именно плазма и излучение ею ЭМ энергии(вернее потери энергии за счет этого), т.к. разобравшись в этом можно будет посчитать хотябы примерно сколько энергии придется затратить, чтоб разогреть плазму до нужной температуры.
Но вообще как я понял из постов выше ошибки в расчетах не было и если задаваться целью разогреть плазму хотя бы до 10000К то придется иметь дело с импульсной установкой, т.к. только таким образом на сегодняшний день получается генерировать большие мощности на выходе(импульсные лазеры, высоковольтные конденсаторы).

[sergey zhukov]

Rick & Morty
Нет ошибок?

А вот например, друммондов свет. Кислородно-водородное пламя направляли на кусок мела, который накалялся и ярко светился. Как вы полагаете, зачем там нужен был этот кусок мела, когда пламя само по себе имеет температуру даже еще более высокую? Что-то само по себе оно вообще почти не светит в сравнении с телом, которое нагревает. Вывод: излучение пламени далеко не чернотельное.

И еще: неужели вы думаете, что интенсивность излучения плазмы вообще не зависит от ее плотности? Температура термосферы Земли превышает тысячу градусов, а вы вообще ее не видите.

[pppppppo_98]

Rick & Morty в сообщении #1633900 писал(а):

Меня интересует именно плазма и излучение ею ЭМ энергии(вернее потери энергии за счет этого), т.к. разобравшись в этом можно будет посчитать хотябы примерно сколько энергии придется затратить, чтоб разогреть плазму до нужной температуры.

в плазме разного происхожения и механизмов генерации - существует куча разных механизмов генерации и переноса энергии и излучения в частности... и снова вопрос о какой температуре идет речь - плазма термодинамически неравновесна - у разных подсистем может быть разная температура, или вообще не быть никакой температуры (ибо распределение больцмана для нее не выполнено от слова совсем) ...вона на горелку газовой плиты посмотрите и увидите голубой огонек - это в в дальней области солнечного спектра, а в реальности там температура газа 1200, ну может 1500 градусов ... Не знаю конечно о какой плазме речь идет но в сети достаточно букварей и по физике низкотемпературной плазмы, и по токомакам...Там рассматриваются механизмы переноса и взаимодействия с излучением