Fuerza de la luz de la luna

Así que leí este xkcd y pensé que era genial. Sin embargo, se lo mostré a mi padre ingeniero y a mi hermano universitario de física y ninguno de los dos parece encontrar la explicación muy convincente (aunque no discuten la conclusión; estoy en ciencias de la computación, por lo tanto, mi deferencia a su opinión). Específicamente, piensan que la referencia a la segunda ley es engañosa y que combinar luz y calor/energía conduce a malos argumentos. ¿Qué tan válidos son los argumentos presentados en el blog y es válida la conclusión?

En caso de un mal enlace, etc., la pregunta en cuestión es qué se necesitaría para quemar cosas con la luz de la luna como se puede hacer con una lupa y la luz del sol. El autor afirma que no se puede calentar nada a más de 100 grados centígrados solo con lentes y la luz de la luna.

Editar: gracias a mi conversación con Rodrigo, básicamente quiero una explicación un poco más técnica que pueda mostrarle a alguien con formación científica, pero que al menos debería poder seguir las matemáticas si es posible para la afirmación de que no puedes usar lentes para calentar algo más caliente que su fuente celestial (sol/luna)

Edición 2: creo que los comentarios y las respuestas hasta ahora han cubierto la mayoría de los puntos, pero todavía hay un punto conflictivo sobre cómo existe una relación uno a uno entre la temperatura de la superficie de la luna y la temperatura a la que la luz de la luna puede calentar las cosas. . Es decir, se entiende que la energía total reflejada por la luna es un límite en la cantidad de energía que se puede aprovechar, pero ¿por qué esa energía no se puede usar directamente para calentar un objeto por encima de los 100 °C? ¿No debería ser una temperatura relativa causada por la energía? Es decir, ¿la cantidad de energía requerida para calentar la superficie de la luna a 100 grados no es suficiente para calentar algo más pequeño? Para ser claros, la temperatura no es relativa, ¿cómo es que saber a qué temperatura la energía calienta la luna te dice la temperatura a la que la energía calentará una hoja en la tierra?

No veo cómo piensan que Munroe "combina luz y energía". La respuesta tiene que ver con la energía disponible, y el hecho de que la energía sea transportada por la luz es irrelevante.
Creo que su punto es que debería poder enfocar la luz desde múltiples puntos en la superficie de la luna / sol para alcanzar una temperatura más alta, mientras que Munroe parece decir que es solo energía de un solo punto. Como piensan en su analogía final (rodeado de superficie), ¿podrías usar lentes para enfocar la energía para obtener una temperatura más alta?
Específicamente, el autor afirma que no se puede calentar nada con sistemas ópticos a una temperatura más alta que la fuente de luz.
Dicen que la energía es aditiva, por lo que debería poder usar un sistema de espejos y lentes para superar la temperatura de la superficie en un solo punto.
No, el uso de múltiples puntos no alcanzará una temperatura alta. Imagina calentar tu casa con una piedra al rojo vivo, puedes pensar que dos piedras al rojo vivo calentarán tu casa más rápido, y estarías en lo correcto. Pero una vez que toda tu casa haya alcanzado la temperatura de las piedras, traer cien piedras más a tu casa no hará que se caliente más.
Esa es la explicación que di (con un horno en su lugar), pero están (bueno, mi papá, mi hermano está convencido) diciendo que los rayos del sol no son así. Su analogía es que los rayos del sol que golpean la superficie no se comportan como piedras (es decir, cada partícula solar debería llegar a la tierra a la misma temperatura si lo piensas de esta manera, por lo que la lupa tampoco debería funcionar con el sol)
Lo siento, pero ese último comentario de tu padre no tiene sentido. Las partículas solares (¿fotones?) no tienen temperatura, tienen energía. Y el Sol obra como mis piedras. Las piedras al rojo vivo calientan la casa por radiación, al igual que el sol (quizás no tanto, el Sol es blanco). Y la radiación, como cualquier otra forma de energía, obedece a las leyes de la termodinámica.
Sí, fue él quien dijo que eso es lo que pensó que estábamos diciendo, y que el sol comportándose como piedras implica eso. Está diciendo que el límite debería ser la energía total radiada por el cuerpo, no la temperatura de la superficie.

Respuestas (1)

En resumen, la respuesta es no: no se puede calentar un objeto a una temperatura superior a la de la fuente de luz.

Esto se deriva de las reglas termodinámicas que se describieron en el artículo, pero más fundamentalmente depende del Teorema del brillo de la óptica clásica y los teoremas relacionados.

Para ver el análisis completo, con detalles insoportables, consulte "Intensidad, brillo y atenuación de una lámpara de apertura": http://www.physics.princeton.edu/~mcdonald/examples/lamp.pdf

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