Lenzen en tweede hoofdwet

Papatom

Hoi,

Zijn lenzen niet in tegenspraak met de tweede hoofdwet? Want zonder arbeid te verrichten concentreer je energie in de vorm van fotonen. De temperatuur kan nooit hoger worden dan dat van het voorwerp dat de straling uitzendt dat begrijp ik, maar je creëert een verschil in energiedichtheid.

Fuzzwood

Het blijven dezelfde aantal Watts per m².

Bladerunner

Het enige wat een lens doet is fotonen bundelen (door ze van richting te veranderen) in een brandpunt. Daardoor stijgt weliswaar de temperatuur c.q. energiedichtheid maar die energie was al voorhanden.

Papatom

Anders gesteld: zonder lens heb ik op een bepaalde afstand van een lichtbron (schil) een homogene verdeling van de fotonen waardoor alles tot dezelfde temperatuur wordt opgewarmd. Plaats ik een lens dan krijg je een schil dat meer fotonen ontvangt dan een ander gebied en zou je dus een temperatuursverschil krijgen zonder arbeid te verrichten. Volgens mij moet je om een temperatuursverschil te creeren arbeid verrichten.

Bladerunner

De "arbeid" die hier verricht wordt is de lichtbreking van de lens. Als licht door een medium gaat (in dit geval glas) worden de lichtstralen gebroken omdat er een verschil is tussen de lichtsnelheid van voor en binnen het glas. Hier een uitleg over de onderliggende wiskunde.

De definitie van arbeid is de inspanning die verricht wordt door een (kracht)bron voor het verplaatsen van een massa. In dit geval kun je dus stellen dat een lens de richting 'verplaatst' van een lichtstraal. Er is dus arbeid verricht maar wel extreem weinig natuurlijk terwijl de resulterende temperatuur sterk kan verschillen.

Glas kan dus een heel efficiënte hittebron zijn. Vandaar de vele bosbranden en er is geen enkele natuurkundige die denkt dat daarmee de tweede hoofdwet geweld aan wordt gedaan.

Emveedee

Bladerunner schreef:De definitie van arbeid is de inspanning die verricht wordt door een (kracht)bron voor het verplaatsen van een massa. In dit geval kun je dus stellen dat een lens de richting 'verplaatst' van een lichtstraal. Er is dus arbeid verricht maar wel extreem weinig natuurlijk terwijl de resulterende temperatuur sterk kan verschillen.

Die lens verricht geen arbeid. Waar zou die energie vandaan moeten komen? Bovendien heeft licht geen massa...

Jan van de Velde

Papatom schreef: Volgens mij moet je om een temperatuursverschil te creeren arbeid verrichten.

Ik zou het geen arbeid noemen, maar dan nog, dat geldt als je warmte ergens uit je voorwerp weghaalt en het naar elders in je voorwerp toe brengt (warmtepomp). Maar met een lens haal je nergens warmte uit je voorwerp weg. Er is alleen een kleiner gebied waar je de warmte van de zon heen brengt.

Bladerunner

Emveedee schreef:
Die lens verricht geen arbeid. Waar zou die energie vandaan moeten komen? Bovendien heeft licht geen massa...

Daarom staat aan het begin van mijn reactie arbeid ook tussen haakjes. Ik weet ook wel dat licht geen massa heeft, maar er bestaat wel zoiets als stralingsdruk. Een foton heeft een rustmassa van nul, maar is tevens de 'drager' van elektromagnetische straling en dat vertegenwoordigd energie en daarmee ook massa. (E=Mc²)
De lens vertegenwoordigd geen arbeid in de gebruikelijke zin van de definitie maar het is wel de oorzaak van de hitte. In mijn eerste reactie praat ik ook niet over dat er arbeid is verricht maar de vraagsteller denkt van wel en daarom begon ik over de breking van lichtstralen wat je ergens een soort van "arbeid" kan noemen want het is de oorzaak van de hitte in het brandpunt.

Papatom

Ik denk niet dat licht of geconcentreerd licht arbeid kan verrichten maar het is natuurlijk wel zo dat zeilen op licht kan. Laten we dit even als uitgangspunt nemen. Met een lens of set lenzen kan je dus een voorwerp sneller laten gaan dan het andere. Er is daar dus meer arbeid verricht zonder dat iemand daar energie in heeft hoeven te steken.

Jan van de Velde

Als het voorwerp zelf groter is dan de lens geldt ook dat niet. Dan wordt het effect met die lenzen zelfs kleiner, omdat het licht voor een deel schuin op de bewegingsrichting invalt. En als de lens groter is dan het voorwerp om meer licht te kunnen vangen is een zonnezeil sowieso handiger dan een lens.

Michel Uphoff

Met een lens of set lenzen kan je dus een voorwerp sneller laten gaan dan het andere.

Neem een lens -groter dan het voorwerp- en zet het brandpunt op het voorwerp. Dat versnelt nu meer, dat klopt.
Maar die gebundelde energie komt wel van plaatsen waar eerst een fotonenstroom was en nu niet meer, en daar komt die exrtra energie vandaan. Eventuele voorwerpen buiten het brandpunt kregen voorheen door de fotondruk wel een versnelling en nu niet meer.

Bladerunner

Papatom schreef: Ik denk niet dat licht of geconcentreerd licht arbeid kan verrichten maar het is natuurlijk wel zo dat zeilen op licht kan. Laten we dit even als uitgangspunt nemen. Met een lens of set lenzen kan je dus een voorwerp sneller laten gaan dan het andere. Er is daar dus meer arbeid verricht zonder dat iemand daar energie in heeft hoeven te steken.

Laten we even bij het licht-zeil blijven:
Het uitgestraalde licht van de zon is bestaande energie. Alleen wordt het maar voor een zeer klein deel door ons benut voor b.v. zonnepanelen.
Laten we nu een schip bewegen d.m.v. een licht-zeil dan kun je niet stellen dat er geen energie in is gestoken. We hebben dan een kleine hoeveelheid van reeds bestaande energie van de zon benut. (En volgens mij voldoet dit aan de definitie van arbeid want de zon is een krachtbron die een massa verplaatst.)

Papatom

Ik heb me wat ongelukkig uitgedrukt mbt:

Laten we nu een schip bewegen d.m.v. een licht-zeil dan kun je niet stellen dat er geen energie in is gestoken. We hebben dan een kleine hoeveelheid van reeds bestaande energie van de zon benut. (En volgens mij voldoet dit aan de definitie van arbeid want de zon is een krachtbron die een massa verplaatst.)

Er is geen arbeid verricht behalve het plaatsen van een lens waardoor je meer arbeid kunt verrichten doordat het licht-zeil een hogere versnelling heeft, zonder zelf actief energie toe te voegen. Dit is toch in tegenspraak met de tweede hoofdwet?

De tweede hoofdwet klopt volgens mij wel op een ander punt: als je aanneemt dat de lens niet perfect is en dat dus niet 100% van de fotonen die de lens zouden kunnen bereiken naar het zeil worden geleid. Dat zou je kunnen zien als dat je meer energie nodig hebt om iets te laten bewegen dan theoretisch nodig is. Zoals bij een auto of zo.

Emveedee

De gereflecteerde fotonen hebben een iets lagere frequentie vanwege het Dopplereffect. Ze verliezen dus een klein beetje energie tijdens de reflectie, daar komt de kinetische energie van het zeil vandaan.

Bladerunner

"Er is geen arbeid verricht behalve het plaatsen van een lens waardoor je meer arbeid kunt verrichten doordat het licht-zeil een hogere versnelling heeft, zonder zelf actief energie toe te voegen. Dit is toch in tegenspraak met de tweede hoofdwet?"

Ik had het nu even niet over een lens maar over het principe van een lichtzeil. Dat benut de stralingsdruk van de zon om een ruimteschip te bewegen.
Met een lens kun je dat zelfde licht afbuigen om een plek te verhitten. Doordat de lichtstralen gebundeld zijn concentreer je de stralingsdruk op een kleinere plek maar als die plek beduidend kleiner is dan dat zeil gaat je schip niet sneller, alleen als de lens (zoals Michael al zegt) groter is dan dat zeil waardoor je een groter gebied krijgt met geconcentreerd licht.

Je stelt in je oorspronkelijke vraag dat er geen arbeid is verricht maar het punt is dat de productie van licht wel degelijk arbeid is in dit geval van de zon.
Om hier wat dieper op in te gaan:
Een ster is in evenwicht doordat de naar binnen gerichte zwaartekracht wordt opgeheven door de naar buiten gerichte stralingsdruk. Een ster verricht dus arbeid om zijn eigen ineenstorting tegen te gaan. Het enige wat een lens dan doet is deze arbeid manipuleren om een temperatuursverhoging te verkrijgen. Laat ik het nog even over sterren hebben:

De oppervlakte temperatuur verhoudt zich tot de 2e macht t.o.v. het oppervlak. Een ster die dus twee maal zo heet is, is 4 maal zo klein. (Het licht is dus geconcentreerd over een kleiner oppervlak net als bij een brandpunt) De ster heeft dus bij een gelijkblijvende energie productie een hogere temperatuur en dat is echt geen overtreding van de tweede hoofdwet. En de hogere temperatuur als gevolg van het brandpunt van een lens is dat ook niet want er wordt slechts bestaande kracht uit arbeid efficiënter benut.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Lenzen en tweede hoofdwet

Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet

Re: Lenzen en tweede hoofdwet