Охлаждение тела с отрицательным коэффициентом поглощения

[Physman]

Здравствуйте!

Есть образец с отрицательным коэффициентом поглощения (поглощаемая мощность излучения $P$ отрицательна). Так что он усиливает падающий на него свет, видимо, теряя внутреннюю энергию и температуру. И есть объект (с температурой $T_o$ ), который лежит на образце. Всё это помещено в окружающую среду ( $T_e$ ). Надо посчитать, до какой температуры можно охладить объект.

Есть следующие мысли. Возьмём закон Стефана-Больцмана и теплопроводности и получим, что без внешнего излучения любое тело излучает $\sigma T^4$, где $T$ - температура тела и $\sigma$ - некоторый коэффициент. Также происходит передача тепла с коэффициентами $\kappa_{1,2}$. Можно написать уравнения (для равновесия, поэтому справа ноль; температуру окружающей среды считаем неизменной):

$\frac{dQ}{dt}=mc\frac{dT}{dt}=P-\sigma T^4+\sigma_e T_e^4+\sigma_oT_o^4-\kappa_1(T-T_e)-\kappa_2(T-T_o)=0,$

$mc\frac{dT_o}{dt}=-\sigma_o T_o^4+\sigma_e T_e^4+\sigma T^4-\kappa_1(T_o-T_e)-\kappa_2(T_o-T)=0,$

$\frac{dT_e}{dt}=0.$

Насколько это правильные заключения?

[realeugene]

Physman в сообщении #1347222 писал(а):

Есть образец с отрицательным коэффициентом поглощения (поглощаемая мощность излучения $P$ отрицательна). Так что он усиливает падающий на него свет, видимо, теряя внутреннюю энергию и температуру.

У вас есть образец, нарушающий второе начало термодинамики, или я вас неправильно понял?

[fred1996]

Почему сразу нарушает?
Может это обьект типа холодильника, который работает не от сети, а от "падающего на него света".

[realeugene]

fred1996 в сообщении #1347533 писал(а):

Может это обьект типа холодильника, который работает не от сети, а от "падающего на него света".

Потому что в исходном посте написано "отрицательный коэффициент поглощения".

[EUgeneUS]

realeugene в сообщении #1347535 писал(а):

Потому что в исходном посте написано "отрицательный коэффициент поглощения".

Оптический усилитель, например.

[realeugene]

EUgeneUS в сообщении #1347545 писал(а):

Оптический усилитель, например.

Какое отношение к нему имеет "температура", которую он теряет?

В общем, не думайте за ТС. Напишет подробно, что именно он имел в виду - будет повод для обсуждения.

[EUgeneUS]

realeugene
Давайте посмотрим, что уже написал ТС:

Physman в сообщении #1347222 писал(а):

Есть образец с отрицательным коэффициентом поглощения (поглощаемая мощность излучения $P$ отрицательна).

Оптический усилитель подходит, как пример.

Physman в сообщении #1347222 писал(а):

Так что он усиливает падающий на него свет, видимо, теряя внутреннюю энергию и температуру.

Внутреннюю энергию образец, конечно, может и потерять, но она не бесконечна. То есть образец не может усиливать падающий свет бесконечно за счет внутренней энергии.
А вот почему ТС решил, что образец теряет температуру - сиё неведомо. Вот с этого момента, хотелось бы от ТС услышать - как он дошёл до жизни такой.

[Physman]

Логика такая. Если тело излучает больше, чем поглощает, то энергия должна откуда-то компенсироваться. Допустим, усиление идёт за счёт уменьшения температуры тела. Разве это противоречит чему-нибудь? Бесконечно такое не может продолжаться, разумеется, но если есть окружающая среда, то можно найти баланс всех процессов.

[realeugene]

Physman в сообщении #1347576 писал(а):

Бесконечно такое не может продолжаться, разумеется, но если есть окружающая среда, то можно найти баланс всех процессов.

Это называется "термодинамическое равновесие". Но до достижения термодинамического равновесия в процессах теплообмена более горячее тело излучает больше, чем поглощает. Это есть второе начало термодинамики. Есть конечно тонкости с нетепловым излучением (люминесценция например), но они связаны с источниками низкоэнтропийной энергии.

А что у вас за тело понять сложно.

[EUgeneUS]

Physman в сообщении #1347576 писал(а):

Допустим, усиление идёт за счёт уменьшения температуры тела.

Допустим, Луна сделана из сыра.

[Physman]

EUgeneUS в сообщении #1347586 писал(а):

Допустим, Луна сделана из сыра.

Делать предположения - это нормальный приём. А вот то, что вы предложили c бедной луной - явный оффтопик. Не засоряйте, пожалуйста, тему.

-- 19.10.2018, 07:38 --

Приходит на ум похожий пример - эффект Пельтье. Там часть системы охлаждается за счёт тока. Здесь в этой роли выступает свет.

Система такая - два двумерных материала (разных), связанных кулоновский взаимодействием и облучаемые светом. Используем теорию линейного отклика и получаем отрицательное поглощение в некотором диапазоне частот. Ошибки, вроде как, нет. Как это объяснить?

[realeugene]

Physman в сообщении #1347589 писал(а):

Как это объяснить?

Ткнули пальцем в небо. Выложите расчёты - будет повод для объяснения.

[Physman]

realeugene в сообщении #1347592 писал(а):

Выложите расчёты - будет повод для объяснения.

Я не хочу обсуждать те расчёты. Начнём сразу с отрицательного $P$ в некотором диапазоне частот. Пусть это - чёрный ящик.

[Munin]

Physman в сообщении #1347576 писал(а):

Логика такая. Если тело излучает больше, чем поглощает, то энергия должна откуда-то компенсироваться. Допустим, усиление идёт за счёт уменьшения температуры тела. Разве это противоречит чему-нибудь?

Второму началу термодинамики противоречит. Вы про него в курсе? Хотя бы несколько эквивалентных формулировок знаете?

[EUgeneUS]

Physman в сообщении #1347601 писал(а):

Пусть это - чёрный ящик.

Пусть это - черный ящик, в котором лежит Луна, сделанная из сыра.

Physman в сообщении #1347589 писал(а):

Делать предположения - это нормальный приём. А вот то, что вы предложили c бедной луной - явный оффтопик. Не засоряйте, пожалуйста, тему.

Если Вы не понимаете, на что Вам указывают, то спросите.
А указывают Вам на то, что Вы делаете предположения, которые противоречат современной физической картине мира.
Если у Вас в подвале появился стук в черном ящике завелся демон Максвелла, то это так же антинаучно, как и Луна из сыра.