¿Es posible encender fuego usando la luz de la luna?

Puede iniciar el fuego enfocando la luz del sol con la lupa.

Busqué en la web si puedes hacer lo mismo usando la luz de la luna. Y encontré esto y esto : los dos primeros en los resultados de búsqueda de Google.

Lo que encontré es el argumento de la termodinámica: no se puede calentar nada a una temperatura más alta usando la radiación del cuerpo negro que el propio cuerpo negro, y la Luna no está lo suficientemente caliente.

Puede que sea cierto, pero mis instintos protestan... Cuanto mayor sea su apertura, más luz recogerá, y también tendrá mejor enfoque porque el disco de aire es más pequeño. Entonces, si tiene una lente realmente grande con un enfoque realmente corto (para mantener pequeña la imagen de la Luna), o en el caso extremo, construye una esfera Dyson alrededor de la Luna (dejando un pequeño orificio para que entre la luz del sol), y enfocando Toda la luz reflejada en un punto debería ser más que suficiente para encender un trozo de papel, ¿no es así?

Estoy confundido. Entonces, ¿puedes iniciar incendios usando la Luna?

Puedes enfocar la luz de la luna en un pequeño panel solar, acumular la electricidad en una pequeña batería y usarla para encender lo que quieras. Nada de esto viola la termodinámica en lo más mínimo, siempre que la temperatura de sus células solares sea ligeramente inferior a la temperatura de la radiación (y la banda prohibida se elija correctamente), generarán electricidad. La "temperatura" de la luz de la luna es bastante parecida a la de la luz del sol porque es un espectro solar reflejado, no un espectro de emisión térmica a la temperatura de la superficie lunar.
Su argumento sobre la radiación de cuerpo negro de la luna es válido para una luna nueva. Apuesto a que está de acuerdo con tu instinto. Con una luna llena, estás hablando de la luz solar reflejada que no está en equilibrio térmico con la superficie de la luna.
Si está usando hipergólicos, sí, puede hacerlo. No se necesita luna en absoluto.
Si la temperatura más alta que pudiera alcanzar estuviera determinada por la temperatura del objeto que refleja la luz, no sería capaz de iniciar un incendio con un láser reflejado en un espejo. De hecho, no podría iniciar un incendio con un período láser, ya que el funcionamiento del láser depende de la reflexión interna.
Sus fuentes cometen el error crucial al suponer que la única radiación de la luna es la radiación del cuerpo negro. ¡ Esto es falso ! La mayor parte de la radiación de la Luna es radiación reflejada del Sol. Así que creo que sí, podrías darle una lente lo suficientemente grande (ver el comentario de J, alrededor de 17 m). La radiación de cuerpo negro es lo que ves (o mejor dicho, no ves ya que la luna no está tan caliente) durante un eclipse lunar,
@sanchises: estoy bastante seguro de que lo que ves durante un eclipse lunar total es la luz del sol refractada a través de la atmósfera de la Tierra. La radiación de cuerpo negro de la superficie de la Luna tiene una longitud de onda por debajo de lo que la visión humana puede detectar.
Sí... Estaba pensando en una luna completamente negra, olvidé que la luna es roja durante un eclipse.
¿Nada sobre la energía de activación? Huh...
@pela Sí, lo dijo hoy.
Sí, por eso hice este comentario hoy. Antes de leer su artículo, no había pensado en la imposibilidad de elevar la temperatura por encima de la fuente. Voté a favor de la respuesta de CuriousOne hace mucho tiempo, y sigo pensando que es una buena respuesta, aunque supongo que necesita una actualización.
Resulta que... no: what-if.xkcd.com/145
Los usuarios de Reddit parecen estar muy en desacuerdo con Randall: reddit.com/r/xkcd/comments/451qis/… ¿Hay realmente algún consenso en este momento?
También hay una discusión en Quora , donde la respuesta principal dice que no puede porque la potencia por área cuadrada es demasiado pequeña. A mí no me parece muy convincente pero no soy un experto.
@Sanchises, el albedo de la luna es 0.12, por lo que la mayor parte de la radiación que sale de la luna es radiación de cuerpo negro. sin embargo, casi toda la luz visible es luz reflejada.
Sea específico si se refiere al calentamiento basado en lentes o cualquier forma de calentamiento.

Respuestas (7)

La luz de la luna tiene un pico espectral alrededor 650   norte metro (el sol alcanza su punto máximo alrededor de 550   norte metro ). Las células solares ordinarias funcionarán bien para convertirlo en electricidad. El poder de la luz de la luna se trata de 500 000 veces menor que la de la luz solar, que para una constante solar de 1000   W / metro 2 nos deja con aproximadamente 2   metro W / metro 2 . Después de tener en cuenta las pérdidas ópticas y una eficiencia de celda solar típica de aproximadamente 20   % , probablemente podamos esperar extraer aprox. 0.1   metro W con un espejo de lámina bastante simple de 1   metro 2 área de superficie. Acumulado en el transcurso de toda una noche de luna llena, esto nos deja alrededor de 6   h × 3600   s / h × 0.1   metro W ≈ 2   j de energía. Esa es mucha energía para encender un fuego utilizando los productos químicos adecuados y un filamento delgado como calentador.

De acuerdo, si tienes que esperar toda la noche, ¡podrías usar el sol para hacer eso! :D
Para ponerlo en el contexto de la lupa de OP, digamos que puede iniciar un incendio enfocando la luz del sol durante el día con una lente de 25 mm de diámetro. Para reunir la potencia óptica equivalente utilizando la luz de la luna se necesitaría una lente de más de 17 m de diámetro (casi 60 pies). Esto no cabría en tu mochila de camping.
Aceptaré esto, porque responde a mi pregunta. Aunque esta no es la respuesta que esperaba. Así que publicaré otra pregunta pronto que es más específica sobre los cuerpos negros.
Pensé que estabas diciendo que esta energía no sería suficiente para prender fuego a nada. ¡Eh!
@VioletGiraffe: Bueno, como puede ver, eso simplemente no es correcto.
@CuriousOne: quizás. Por cierto, creo que a tu inferencia le falta la parte final: no es obvio para mí que 2 J sea suficiente, sería bueno que lo probaras también.
@VioletGiraffe: consulte, por ejemplo , en.wikipedia.org/wiki/Minimum_ignition_energy . He estado sobreestimando la energía requerida en al menos tres órdenes de magnitud para estar seguro.
@Calmarius: si se preguntaba si se podría hacer con un sistema óptico pasivo que involucra lentes/espejos, a diferencia de algo como un panel solar que funciona como un tipo de motor para convertir la luz en electricidad, entonces la respuesta es no, la conservación de etendue en óptica implica que un sistema óptico pasivo nunca puede enfocar la luz a una intensidad mayor que la intensidad en la superficie de la fuente; vea algunas de las respuestas a esta pregunta .
@Hypnosifl: Pero incluso entonces uno probablemente podría hacer fuego usando un químico sensible a la luz. La pregunta es, en ese sentido, demasiado amplia para negar de plano la posibilidad basándose en principios de la física. Creo que la diversión principal está en pensar en formas en las que podría lograrse.
@CuriousOne: buen punto, podría haber productos químicos que se encenderían (es decir, sufrirían una reacción química que convertiría un montón de energía potencial en enlaces moleculares en calor) si se exponen a una intensidad de luz menor o igual a la de la superficie de la luna.
@Hypnosifl: ¿Qué opinas sobre excitar un láser? ¿Crees que uno podría superar un umbral láser con luz de luna concentrada?
@CuriosOne: si el panel solar está conectado a una batería, entonces sus cálculos que indican que 2 J podrían acumularse en una noche parecen correctos, por lo que es solo una cuestión de si eso es suficiente (si no, siempre puede pasar más de una noche cargando la batería ). No sé mucho sobre láseres más allá de los principios físicos básicos, aquí hay una ecuación para la potencia necesaria , pero no sé los valores de las constantes para un láser que podría encender materiales inflamables, o el tiempo mínimo requerido para esta potencia. para ser entregado.
@Hypnosifl: He encontrado fuentes que afirman que se pueden encender mezclas de aire y gas con tan solo 100uJ, obviamente, uno debe verificar eso. Realmente no sé nada de valor sobre los umbrales de láser óptico. Los láseres eléctricamente excitados parecen funcionar con tan solo 1uW, pero eso no tiene consecuencias para el bombeo óptico, por lo que sé.
¿Responde esto realmente a la Q @CurioisOne? Realmente me pierdo porque más respuestas técnicas a continuación parecen mostrar conocimientos técnicos sobre óptica que no tengo. La acumulación de energía de esta manera no parece lo que estaba en la mente de OP originalmente. Gracias por adelantado. Supongo que puede ayudarme a orientarme entre las diversas respuestas.

Al menos un punto a su favor es que la luz que recibimos de la Luna apenas tiene que ver con su temperatura. En cambio, es principalmente una fuente de luz secundaria que "refleja" la luz del Sol hacia nosotros.

El segundo punto a su favor (creo) es que el argumento termodinámico parece bastante débil. No estamos tratando de hacer que la Tierra sea tan caliente como el Sol ni nada por el estilo. Lo único que queremos es reunir suficiente energía en un volumen suficientemente pequeño con oxígeno y algo de combustible para encender un fuego; por lo tanto, la mayor parte de la energía del fuego todavía proviene de la entalpía de la reacción de combustión.

En general, creo que esto no es imposible pero probablemente muy ineficiente debido a la diminuta fracción de energía que recibimos de la luz del Sol dispersada por la Luna.

Bueno, la temperatura de la superficie de la Luna durante el día es de aproximadamente 123 grados centígrados, que no es lo suficientemente caliente como para encender papel o líquido para encendedores, por lo que si tuviéramos que depender de la radiación del cuerpo negro de la Luna y la óptica pura, sería imposible. Pero dado que, como usted dice, la luz de la luna se refleja en lugar de volver a emitirse, en principio podría ser posible. Sin embargo, me imagino que necesitarías un área de colección ridículamente grande.
> "la luz que recibimos de la Luna apenas tiene nada que ver con su temperatura. En cambio, es principalmente una fuente de luz secundaria que "refleja" la luz del Sol hacia nosotros". Yo también pensé esto, pero en realidad el albedo de la superficie de la Luna es bastante bajo, alrededor de 0,1. Esto significa que solo el 10% de la energía de radiación incidente es reflejada por la superficie. El 90% restante (suponiendo un equilibrio de energía durante muchas rotaciones de la Luna) se irradia como radiación térmica de la Luna.
Parece que la mayor parte de la energía de radiación que la Tierra recibe de la Luna es térmica. Aún así, el hecho de que ni la Luna ni el objeto a calentar sean cuerpos negros significa que, en principio, uno podría calentar a una temperatura más alta que la superficie de la Luna. Vea también mi respuesta aquí: physics.stackexchange.com/questions/370446/…

Estoy rechazando esto, porque todavía parece no haber consenso sobre el asunto, incluso después de la publicación What If de Randall y las acaloradas discusiones que siguieron:

¿Qué pasa si la publicación

Discusión de Reddit, donde la gente no está de acuerdo con Randall

Mi opinión intuitiva (tomando puntos de las discusiones): Obviamente, el argumento de Randall es válido para los cuerpos negros. Sin embargo, una parte de la luz de la luna es luz solar reflejada difusa, por lo que debería poder iniciar un incendio.

@Marty Green: si mi argumento es correcto, entonces "agregar lunas al cielo nocturno" ciertamente aumentará la temperatura más allá de la temperatura de la superficie de las lunas (porque todo lo que hacemos es agregar más espejos).

Vea mi análisis de la contribución de la luz solar reflejada que básicamente muestra que no es significativa.
Los argumentos termodinámicos funcionan porque la luna es "100%" reflectante (aunque el 88% de la luz se "refleja" como infrarrojo). Pero estrictamente hablando, no se trata de radiación de cuerpo negro: en teoría, se podría revestir el horno con un material que refleje el infrarrojo pero que sea transparente a la luz visible. Sin embargo, esta no es la imagen estándar de una lupa u otra configuración de lente a la que no le importa la longitud de onda.
@Floris gracias por ese análisis. Creo que el análisis es el más completo y responde muy bien a esta pregunta. Sin embargo, creo que la forma de resumirlo aquí es engañosa. Al decir que no es significativo, hace que parezca que la luz reflejada no tiene impacto en la temperatura máxima alcanzable. Sin embargo, el análisis allí muestra que la temperatura máxima alcanzable es de 198 grados centígrados con reflexión, frente a 123 grados centígrados sin reflexión. Así que sería mejor resumirlo así: la reflexión aporta una cantidad importante de energía, pero no la suficiente para iniciar un incendio.
@MD tiene razón, no lo dije muy bien. Sería mejor decir que, según el análisis que vinculé, incluso el reflejo directo de la luna no puede producir suficiente energía para encender un fuego directamente (si acumula durante un período prolongado, digamos, una batería, todo eso cambia por supuesto ).

Si pudieras llenar todo el cielo de lunas no encenderías un fuego. Sería lo mismo que mirar hacia arriba y ver una gran extensión de arena brillante y brillante en una playa. Lo que puedes hacer con lentes y espejos no es diferente a llenar el cielo con lunas, así que no: no puedes encender un fuego de esa manera.

En realidad, esta es una muy buena manera de plantear el problema de manera que pueda responderse intuitivamente.
@Marty Green Me encanta la analogía, pero ¿sabes qué? Si pensamos en la Luna como un reflector, no como un cuerpo negro, en realidad no estoy seguro de que tengas razón, no me parece obvio.
Si llenas el cielo de espejos, sí, puedes provocar un incendio.
Esto no es correcto. Según su razonamiento, uno no puede usar lentes para iniciar un fuego incluso a la luz del sol.
@alchimista no me equivoco. Si llenas el cielo de soles puedes provocar un incendio. Si llenas el cielo de lunas no puedes encender un fuego.
@Marty Green's. En eso tienes razón. Pero en principio puedes concentrar la luz. En otras palabras, en lugar de estrictamente encender algo, es posible obtener un cuerpo más cálido que el cuerpo negro que irradia. Seguramente más cálido que el espejo en el medio.
@Alchimista: con solo lentes y espejos, no se puede tener un cuerpo más cálido que el cuerpo negro que irradia.
@Peter Shor. Puedes hacerlo más cálido que el espejo. De esto se trata la pregunta. Para la parte extendida, no veo ninguna limitación fundamental siempre que el sistema se considere como un todo (radiador, cuerpo objetivo, lentes y reflector entre ellos. Y tamaño relativo. Pero en esta parte extendida del problema no estoy seguro Intento repasar las respuestas de nuevo Si pudieras decírmelo en pocas palabras, me alegraría.
La luna no es un espejo.
Habla de un espejo, por favor. Este es el concurso aquí.
@Alchimista Un espejo produce una imagen del sol, esa imagen puede ser enfocada por la lente. Puedes encender un fuego con el sol, un espejo y una lente, sustituir el espejo por una hoja de papel (que es mucho más reflectante que la luna) e intentar encender un fuego. La imagen que produce al enfocar con una lente no es más brillante que la original. Tan brillante como el sol puede iniciar incendios, tan brillante como una hoja de papel bien iluminada no lo hará. (al menos no en una hoja de papel similar)
las lentes no hacen que las cosas parezcan más brillantes, solo las hacen parecer más grandes (o más pequeñas) la luna simplemente no es lo suficientemente brillante como para iniciar incendios de celulosa.
Lo siento @Jssen si hay algo que prohíba que sea en otro principio. El brillo por superficie es ciertamente mayor si las lentes o el espejo concentran la luz proveniente de un área más grande en un punto más pequeño. Por eso podemos observar más estrellas con un visor.
@Jassen: el brillo por área de superficie que mira a través del ocular no es mayor (si ignora la difracción, que puede ignorarse para la luz de la luna o la luz del sol). Pero las estrellas, incluso las más cercanas, tienen una pequeña fracción de un "píxel" de ancho. Los telescopios los hacen una fracción más grande de un píxel de ancho y, por lo tanto, entregan más luz total al "píxel". Concentran la luz en un espacio más pequeño, pero la luz que ingresa a dicho espacio proviene de una gama más amplia de ángulos.
@PeterShor la luna tiene albedo, es un espejo muy tosco
@Matt: una hoja de papel blanca tiene albedo. Puedes encender un fuego con el sol y un espejo cóncavo, pero no puedes encender un fuego con el sol y una hoja de papel blanca cóncava. Esto es lo que quise decir con "la luna no es un espejo".
@PeterShor No creo que la respuesta sea tan clara como lo estás haciendo. Me pregunto si lo has probado o lo has visto en alguna parte.
@Matt: Puedes usar Google para encontrar videos de personas que queman cosas con la luz del sol y un espejo cóncavo. Nunca he intentado quemar cosas con luz solar y una hoja cóncava de papel blanco, pero la física dice que no va a funcionar.
@PeterShor puede invertir la matriz de dispersión de la luna y luego enfocarla en una imagen del sol. También hay formas de enfocar el sol en un punto con algo así como una lente holográfica.
Pero estoy de acuerdo en que solo la hoja de papel por sí sola no va a funcionar, a menos que sea muy, muy grande y muy brillante o algo así.

Otras respuestas aquí no tienen en cuenta dos aspectos muy importantes. Primero, el punto calentado también irradia . En segundo lugar, no existen lentes ideales con una relación de gran diámetro a distancia focal . Esto último se puede demostrar con entropía.

Ilustración del siguiente argumento.

Supongamos que el sistema de iluminación "mágica" (que podría contener la lente ideal) existe lejos de la Tierra. Supongamos también que rodeamos este sistema con un baño de radiación de ángulo sólido 4 π con temperatura T 0 . Entonces, debido a la segunda ley de la termodinámica, el sistema estará en equilibrio, cuando la temperatura en el dispositivo "mágico" también sea uniformemente T 0 . Luego, para simular algún objeto radiante (como la Luna), eliminamos la mayor parte de la radiación y dejamos solo una pequeña proporción del ángulo sólido. Por supuesto, si el dispositivo de iluminación "mágico" consta solo de lentes y espejos, la radiación hacia el punto calentado solo puede disminuir ⇒ es la temperatura T ≤ T 0 . Tenga en cuenta que la temperatura T solo depende de la potencia que se calienta, no del espectro de radiación.

Si existieran lentes arbitrariamente de gran diámetro a distancia focal, estas podrían usarse para enfocar la luz de un cuerpo radiante (como el Sol o la Luna) a intensidades arbitrarias, dando lugar a temperaturas arbitrariamente altas (contradiciendo la prueba).

Así, si el punto calentado es negro, la intensidad máxima de la radiación de cuerpo negro es la intensidad de la luz reflejada. Por lo tanto, la temperatura máxima podría estar en el rango de 0 ∘ C .

Si el punto calentado no es negro, sino que irradia solo un espectro de muy alta frecuencia, las temperaturas alcanzables serían más altas, probablemente temperaturas hasta la temperatura del sol.

Podría parecer que se podría usar una lente parabólica arbitrariamente grande para calentar un punto a temperaturas arbitrarias. Sin embargo, cabe señalar que el efecto de calentamiento es cero, si consideramos una sola dirección de los rayos incidentes (el ángulo sólido es cero, la temperatura es finita). Por lo tanto, tenemos que considerar cómo cambia el punto bajo pequeñas perturbaciones del ángulo de incidencia. Resultado: muy mal. Se observa un efecto de coma extremo, que arruina nuestra alta intensidad. De hecho, si estuviéramos observando desde el punto intenso, observaríamos solo la Luna reflejada, con la misma intensidad de ángulo sólido.

Parece que la pregunta se refiere específicamente al uso de una lente.

En la pregunta original: "Entonces, si tiene una lente realmente grande ... y enfoca toda la luz reflejada en un punto, debería ser más que suficiente para encender una hoja de papel, ¿no es así?"

En cuyo caso, el uso de células solares no responde a la pregunta.

La respuesta es no. No importa la lente, no puedes hacer que la superficie sea más brillante que la superficie de la luna. Eso es termodinámica. ver: segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía total de un sistema aislado siempre aumenta con el tiempo.

En otras palabras, la energía no puede fluir de un área más fría a una más caliente.

También se puede explicar utilizando el punto de vista de los cálculos ópticos. Ver: el comentario de CuriousOne sobre un sistema óptico pasivo y la conservación de etendue. Deberías ver esta publicación. Especialmente la respuesta de CountIbis que explicará los límites usando cálculos ópticos.

Si el objeto irradia como un cuerpo negro, tiene un radio de R, una temperatura de TT y está a una distancia d, entonces el flujo de radiación que llega a la lente es:

F = σ T 4 ( R d ) 2 = σ T 4 α 2
La potencia total de la radiación que ingresa a la lente PP es el área de apertura de la lente multiplicada por el flujo:
PAGS = π r 2 F = π σ T 4 α 2 r 2
Esta potencia acaba calentando la zona de la imagen en el plano focal. El flujo de radiación allí es:
F soy = PAGS π α 2 F 2 = σ T 4 r 2 F 2
Supongamos entonces que pones un cuerpo negro en el plano de la imagen, entonces la temperatura allí sería T soy dónde σ T soy 4 = F soy por lo tanto:
T soy = r F T
La relación entre la distancia focal f y el diámetro de la lente se denomina número F y siempre es mayor que 1 . Por lo tanto, el factor que multiplica TT en la ecuación anterior siempre será menor que 1 , por lo tanto, nunca podrá alcanzar una temperatura más alta que la temperatura del objeto de esta manera.

También debería ver los enlaces de @zubo http://what-if.xkcd.com/145/

Si asumimos que la luna irradia como un cuerpo negro, sí. Pero si se comporta como un espejo, reflejando la luz del sol, entonces aún podría funcionar, ¿no? Ese caso no se aborda aquí, creo.
"No importa la lente, no puedes hacer que la superficie sea más brillante que la superficie de la luna". ¿Usar múltiples lentes y espejos para dirigir todos sus propios puntos de luz creados hacia un solo punto marcaría la diferencia?
@ Sean256 No puede "suavizar" los haces de luz en un solo punto. Viola las leyes de étendue. Además, un sistema óptico siempre tiene que ser reversible, por lo que si la luz estuviera enfocada en un solo punto, el sistema no podría ser reversible ya que los haces de luz no saben hacia dónde ir. Los rayos solo se pueden enfocar en un área, no en un punto, lo cual es muy importante.
Si tiene radiación que no es de cuerpo negro, la cantidad que calienta un objeto puede depender significativamente de las propiedades espectrales de absorción/reflexión ópticas del objeto. [Por ejemplo, la cantidad de calor que el sol calienta la Tierra depende de la cantidad de CO2 en la atmósfera.] Por lo tanto, su comentario "nunca puede alcanzar una temperatura más alta que la temperatura del objeto" es incorrecto.

Dado que la pregunta no está restringida de ninguna manera, la respuesta es sí , es posible. ¿Es "realista" posible, no .
Para hacerlo posible, todo lo que tienes que hacer es concentrar la luz de la luna (óptica o eléctricamente) hasta que tengas la energía necesaria para alcanzar el punto de ignición del material. lo que hace que no sea realista es el tamaño, el costo y/o el tiempo involucrado en la creación de un "concentrador".

Esta respuesta podría mejorarse leyendo sobre el tema: las ideas que menciona están en disputa y requieren argumentos y explicaciones.
La respuesta está restringida por “y sigue las leyes de la termodinámica”. Un dispositivo como el que usted describe violaría esas leyes: si puedo hacer que A sea más caliente que B con los "espejos" apropiados, entonces podría hacer que el calor fluya de regreso de B a A a través de una bomba de calor: boom, perpetuum mobile. Solo si permite la "concentración a lo largo del tiempo" (recoger la luz de la luna con una celda fotovoltaica, cargar la batería) podría hacer esto sin violar las leyes de la física.
¿Es posible encender fuego usando la luz de la luna?
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