Iniciar un fuego con una lente sin el sol [duplicar]

Tengo curiosidad acerca de la capacidad de una lente para iniciar un incendio sin utilizar la luz solar. ¿Es posible que fuentes de luz alternativas (LED, incandescentes, etc.) en combinación con un Fresnel muy grande inicien un incendio? O más apropiadamente, ¿cuánta energía podría concentrar una lente de Fresnel muy grande en un punto utilizando fuentes de luz cotidianas?

Al considerar diferentes tipos de fuentes de luz, ¿cuál sería mejor para generar la mayor cantidad de calor? La eficacia luminosa y el tamaño de la fuente de luz parecen los más obvios, pero ¿cómo afectaría el color de la luz a la capacidad de la lente para generar calor?

¿Podrá una lente de gran distancia focal y gran apertura (como un Fresnel de punto gigante) enfocar la cantidad de fuentes de luz necesarias en un punto lo suficientemente pequeño como para generar suficiente calor?

what-if.xkcd.com/145 (Me encanta xkcd!!!).
Bueno, el cable de una bombilla incandescente se quema muy bien. Solo hay que ponerlo en un ambiente oxigenado. ¿Eso cuenta? :D En cualquier caso, la fuente de luz en una bombilla incandescente funciona exactamente de la misma manera que en el Sol, así que por supuesto que es posible. Las fuentes de luz más interesantes son los LED, los láseres, la luz de la luna, los tubos fluorescentes y similares.
Si ha disfrutado de las películas cinematográficas, entonces ha visto los medios. Si la película se detiene con la luz encendida y el obturador abierto, el calor en un solo cuadro se derrite rápidamente y carboniza la película. En los días de la película de celuloide, este era un gran riesgo de incendio en los cines y provocó un cambio a las películas con base de acetato tan pronto como el material estuvo lo suficientemente maduro.

Respuestas (3)

Cuando usa una lente (o un espejo de enfoque) para aumentar la "potencia" de una fuente de luz, ya sea el sol u otra fuente de luz, lo que realmente está haciendo es hacer que la fuente de luz "se vea más grande". Lo cual es muy parecido a "estar más cerca" de la fuente.

Por ejemplo, si dice que el sol normalmente es un disco que se extiende alrededor de 0,5° en el cielo, entonces si tengo una lente que hace que parezca que tiene 5° de ancho, el área es aproximadamente 100 veces más grande (diámetro al cuadrado), y el el flujo de energía se sentirá aproximadamente "como el poder de 100 soles". Digo "áspero" porque hay ineficiencias en lentes y espejos.

El mismo principio se puede aplicar a cualquier otra fuente de luz: cuando haces que la luz "parece más grande", el efecto neto es el mismo que el de "acercarse" o "tener más luces". Esto significa que la pregunta de si puede usar una lente para hacer que algo se incendie realmente se reduce a esto: si se acercara mucho a su fuente de luz, ¿lo que está tratando de prender fuego se incendiaría? Si la respuesta es "sí" (como lo es para el sol), entonces puedes usar una lente para "hacer que parezca que estás tan cerca". Si la respuesta es "no", entonces una lente no ayudará.

Específicamente, no es posible, con lentes/espejos, calentar un objeto más que la fuente de luz que está enfocando. Esto se explica con más detalle en esta respuesta anterior

Una cosa a tener en cuenta: las bombillas tienen una distancia mínima al filamento (la bombilla tiene un tamaño determinado), tanto para evitar que el cristal se caliente demasiado, como para reducir el riesgo de que se incendien porque están demasiado cerca del filamento. . Sin embargo, es bastante fácil, con una lente, "hacer que parezca que estás realmente cerca del filamento". En otras palabras, una lente decente (es decir, una lente con un f número 1 lo suficientemente bajo ) debería ser capaz de enfocar un filamento de una bombilla incandescente en un trozo de papel de modo que pueda quemarlo.

1 El número f es la relación entre la distancia focal de una lente y su diámetro. Cuanto más bajo es el número, más grande es la lente y más luz por unidad de área recoge.

No, el aparato óptico previsto aquí hace que la misma cantidad de energía incida en un área más pequeña, lo que hace que se absorba más energía y se convierta en calor en esta área más pequeña. La física de la vieja escuela probablemente asume que la luz de cierta calidad solo puede ser generada por una fuente de cierta temperatura: los LED / diodos láser y las lámparas de descarga de gas de varias descripciones no dependen del calor para generar cualquier tipo de luz que usted diseñe para hacer.
-lo que realmente estás haciendo es hacer que la fuente de luz "se vea más grande". Lo cual es muy parecido a "estar más cerca" de la fuente. Era más simple de entender
@rackandboneman Bueno, esto todavía funciona para la regla general de Floris: si puede hacer fuego acercando el objeto a la fuente de luz, puede usar la óptica para hacer lo mismo (ignorando la eficiencia). La parte complicada es que realmente solo funciona en la medida en que la fuente de luz es una fuente puntual, y cuanto más te acercas a la fuente de luz, peor se aproxima a una fuente puntual (los tubos fluorescentes son un ejemplo obvio).
Supuse que puede hacer cualquier forma de lente, incluido un condensador o un colimador, como un fresnel.
@rackandboneman ningún aparato óptico puede concentrar la potencia por unidad de área en algo mayor que "en la superficie" de la fuente. Y si bien la fuente puede no ser un emisor de cuerpo negro, lo que desea incendiar se aproximará. Tal vez simplifiqué demasiado, pero para empezar, necesitará una gran cantidad de vatios por metro cuadrado en su fuente, de lo contrario, la óptica no puede hacer nada.
Supongo que una matriz de células solares que rodean la fuente (o al menos recogen la mayor parte de la luz) y conducen una fuente puntual no contaría como aparato óptico :)
@Luaan, ¿cómo haces que una fuente puntual se vea más grande? es un punto
@candied_orange Imagina que colocas la fuente puntual a distancia 2 F de una lente de diámetro D . Un observador a distancia 2 F en el otro lado de la lente, observará que la fuente puntual "llena" todo el diámetro de la lente, significativamente más grande que un "punto". Así es como "se ve" el enfoque de la potencia de la fuente puntual: la fuente ocupa un ángulo sólido más grande y la ganancia es mayor para una fuente puntual (que, sin una lente, ocupa un ángulo sólido de "cero").

No puede enfocar la luz en una región para que aumente la temperatura a un valor mayor que la temperatura de la fuente. Esto tiene su origen en el principio de Fermat , y dado que es un cálculo variacional, lleva a gran parte de la física. Esto es principalmente mecánica lagrangiana y hamiltoniana. El resultado fundamental es que el volumen que ocupa un sistema en el espacio de fase de posición y momento es un invariante en los sistemas conservativos. El análogo óptico de esto indica que uno no puede concentrar la luz de una fuente y calentar un material objetivo a una temperatura mayor que la fuente.

¿Seguro? La temperatura en el objetivo es creada por la luz que se absorbe. Y en la práctica, las personas han iniciado incendios por accidente con punteros láser potentes (al límite de la clase 4 ilegal) que usan fuentes que se destruirían instantáneamente si los elevara a la temperatura necesaria para iniciar un incendio. ¿Cómo transportaría la luz "información" sobre qué tan caliente está la fuente (a menos que la calidad/cantidad de la luz dependa de la temperatura de la fuente, lo cual no es relevante en el caso de una fuente como un LED!)
@rackandmoneman Hay varias definiciones de "Temperatura" para fuentes de luz no térmicas. La temperatura termodinámica de un medio emisor de láser es, de hecho, negativa (porque ha sido bombeado de tal manera que hay más átomos en estado excitado de los que es posible obtener por simple calentamiento del medio).
@rackandboneman En el caso de un puntero láser, emite más luz de la que emitiría solo la radiación térmica. Si vive en una parte calurosa del mundo, puede notar un aparato llamado aire acondicionado. Puede hacer que el interior de la habitación esté más frío que el exterior, siempre que el exterior se caliente más de lo que se enfría el interior. Esta respuesta es correcta si los dos cuerpos solo emiten radiación térmica.
Sustituya la temperatura por energía aquí. Quería una respuesta corta y eludí el tema de la energía no distribuida de Boltzmann o los fotones no termalizados. Sin embargo, no puede concentrar energía de una fuente a una densidad de energía que la que proviene de la fuente. Al menos esto no se puede hacer de manera que no se adulteren las leyes de conservación.
¿Esta cosa de "Etendue"? Ups....

Depende mucho de qué tan bien su objetivo absorba (en lugar de reflejar) la luz y la convierta en calor, y qué tan bien ese material conduce el calor si se calienta en un punto pequeño: el cartón negro mate, por ejemplo, absorberá la mayor parte de la energía de la luz visible y convertirla en calor. Se seguirán produciendo pérdidas por la radiación infrarroja del cuerpo negro y el enfriamiento del aire de la superficie.

En la práctica, un vatio de energía concentrado en unos pocos milímetros cuadrados (piense en sobrecalentar una resistencia muy pequeña con 1 vatio de energía eléctrica, con vapor inflamable presente) puede iniciar un incendio.

Los LED pueden alcanzar eficiencias en la conversión de energía eléctrica en energía óptica de varias decenas de porcentajes, por lo que la potencia óptica real es del mismo orden de magnitud que la potencia de entrada...

Ignore las restricciones que suponen que toda la luz se genera a partir de la radiación del cuerpo negro, a menos que su fuente de luz funcione sobre la base de la radiación del cuerpo negro (¡una lámpara incandescente sí lo hace, un LED o CFL no!).

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