为什么不能利用凸透镜使被照射物的温度高于光源?
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发布时间：2022-12-27 11:07
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热心网友
时间：2023-10-19 20:01
基于热力学第二定律和卡诺热机的原理：卡诺热机的效率
任何实际热机的效率都无法超过卡诺热机这个理想模型。若是被照射物温度高过了光源温度，那效率就变负数了——即能量流会倒过来。因为在热力学第二定律框架下，能量只会自发从高温热源流向低温热源，而不能够反过来。
但是，上述说法要求：光源本身为理想黑体！光源发出光，是因为光源本身具有的热力学温度。所以你说太阳表面温度6000K，所以太阳光没办法把物体加热到超过6000K（假设不熔化不燃烧），是对的
LED发出的可见光缘自电子在半导体PN结部分从导带跃迁到价带。这不是一个热力学平衡的过程。而能发出可见光的，这两个能级间的能差（禁带宽度）至少是 700nm (1.77eV)。如果要换算成热力学温度，
这个只是一个根据玻尔兹曼能级分布做出的粗略等效（exp(-hv/kT)>1/e）。确切来说这样的非平衡态跃迁是无法定义确切地温度的
虽然LED工作时自身可能也就100摄氏度，它发出的光子携带的能量可绝对不对应400K的黑体发出的能量。点着纸也自然是没问题的。
先假设光源是一个近似理想黑体，比如白炽灯或者太阳。理想黑体辐射的特点是其总辐射功率（单位时间内输出的能量）和其表面积成正比，和温度的四次方成正比。
如果能把一个黑体辐射的能量汇聚到一个点，那么这个点的能量密度可以非常高。如果在这个点上再放一个小表面积的黑体，这个小黑体会吸收所有来自大黑体汇聚过来的能量。同时，小黑体本身也会有自己的辐射。而且为了使得温度不会无限上升，达到平衡时，其辐射功率必须与吸收功率相同。而小黑体表面积小，则必须要更高的温度来实现这一点。这看上去在达到热平衡的时候，小黑体获得了比大黑体更高的温度。在达到平衡的过程中，能量由低温的大黑体自发流向高温小黑体而没有产生其它影响，这和热力学第二定律相矛盾。
热心网友
时间：2023-10-19 20:02
在热动平衡态下，只有一个温度；而在非热动平衡态下，描述辐射场的辐射温度TR和描述电子无规运动的电子温度Te以及描述离子(或原子)无规运动的离子温度Ti等均有不同的数值。
在经典统计热力学中，根据能均分定理，在热动平衡条件下哦系统每一个自由度的平均能量为0.5kT。可以分为：
平动温度（3个自由度），这个就是我们用温度计测出来的温度。
旋转温度，对于双原子气体1个自由度，多原子气体3个自由度。
振动温度（1个自由度）。原子间距离的变化，化学反应对应的温度就是这个温度。
热心网友
时间：2023-10-19 20:02
点着报纸需要足够高的能量，这些能量由led灯提供，依靠电磁波传递能量。大家感觉led挺亮的原因是其发光主要波段在可视频率范围，总体能量还是很低的。而类似太阳等光源，含有大量不可见波段的电磁波，这些频段的能量可以很高。所以用可见光亮度来判断是不可靠的，透镜汇聚的总能量不等于肉眼看到的亮暗程度。
可以这样想，led灯的总功率就是插头插在电板上的功率，它再看起来亮也是这些能量了。led本身非常节能，可能一亿个的总能量还是不高。
以上解释基于大家的生活经验，因为大家肯定用放大镜聚焦过太阳光，于是感觉貌似点着个纸挺容易的。
