Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
2

Действительно один лазер выделяет больше энергии, чем все электростанции?

il63 [116K] более месяца назад

Вот цитата из научно-популярной книги: «Самые мощные современные лазеры порождают сверхмощные лучи, которые в долю секунды выдают больше энергии, чем все электростанции Соединенных Штатов». Как это можно понять?

4

Это неправильная формулировка. Правильнее было бы написать, что "в коротком импульсе лазер может превысить мощность всех электростанций ...".

То есть, например, электростанция вырабатывает 1 гигаватт мощности. Это 10^9 (десять в девятой степени) ватт ежесекундно. А лазер выдает в 100 раз больше - 10^11 ватт, но в течении коротенького времени - 1 наносекунда. Одна наносекунда, это 10^-9 (десять в степени минус 9). Средняя мощность лазера = 10^11 х 10^-9 = 100 ватт. То есть, лазер потребляет всего 100 ватт, накапливает в течении секунды энергию и выдает всё накопленное в течении 1 наносекунды.

Прямая аналогия с забиванием гвоздей молотком. Сам молоток не много кинетической энергии накапливает в процессе размаха. Но в момент удара по шляпке гвоздя, эквивалентная сила удара достигает нескольких тонн! Только момент этот очень коротенький. Если удар "растянуть", положить кусочек резины на шляпку гвоздя, то сам удар будет тот же, и энергия молотка будет та же, но гвоздь забить не удастся! Потому что передача кинетического момента (механического импульса) растянется на многие миллисекунды и мгновенная мощность удара снизиться в десятки раз.

Вторая аналогия. Вы - студент, и вам надо, для сдачи экзамена, прочитать 10 книг. Срочно! И вот вы за 5 дней прочитываете эти книги, каждая из которых писалась может быть несколько лет! То есть, вы, за 5 дней развили "интеллектуальную мощность", которая накапливалась много лет.

Третья аналогия. Вы с каждой своей зарплаты (пенсии ...), откладываете 10% в копилку. А через 5 лет, вы её разбиваете и у вас на руках одномоментно появляется 6 кратный месячный доход!

Правило! Чем короче импульс в передаче накопленной энергии, тем больше "пиковая мощность". На этом и основано действие лазера и многих подобного рода систем с накоплением энергии, что небольшая мощность, накопленная в системе в течении длительного времени, выдается за очень короткий интервал времени. Пиковая мощность пропорциональна времени накопления (энергии), деленному на время её рабочего использования (выдачи). И чем короче интервал выдачи энергии, тем выше её пиковая мощность.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
il63 [116K]
Всё верно, кроме копилки: не учтена инфляция за эти годы.  более месяца назад
Топоров Виктор Алексеевич [37.9K]
Да, про КПД (энтропию, инфляцию, дисперсию и прочее) я специально ни слова не сказал, иначе тут был бы написан "роман в трех томах"!  более месяца назад
комментировать
1

Давление, развиваемое комаром при укусе, значительно превышает давление, развиваемое гидравлическим прессом. Серьёзно.

Штука в том, что малые величины в знаменателе - страшная сила. Ведь что такое давление? Это усилие, пересчитанное на единицу площади. Да, усилие комара и усилие пресса даже смешно сравнивать. Но усилие пресса приложено к площади в десятки и сотни кв. сантиметров, а диаметр хоботка комара - десяток микрон или около того (площадь, напомню, пропорциональная квадрату линейных размеров). И из-за того, что ничтожное усилие комара делится на совсем никакую площадь, отношение (давление) получается в пользу комара, а не в пользу пресса. 100 миллиардов кПа, или, круглым счётом, 100 миллионов атмосфер.

Вот с лазерными импульсами ровно то же самое. Мощность - это отношение энергии ко времени. Энергия лазерного импульса, действительно, ни в какое сравнение не идёт даже с энергией, запасённой в пальчиковой батарейке. Но эту энергию лазер может выплеснуть в импульсе длительностью несколько фемтосекнуд (даже не пико!). Более того, есть сообщение о создании лазера аттосекундного диапазона. 67 аттосекунд - это 1/60000 пикосекунды. Фактически такие лазеры способны генерировать солитоны - одиночные волны света (произведение длительности импульса на скорость света оказывается порядка длины волны).

Вот если всего лишь 1 джоуль разделить на 1 фс, получится мощность 10^15 ватт, или 1 триллион киловатт. Установленная мощность всех электростанций США по данным 2012 года - 1,063 миллиарда кВт. Вот и получается, что за 1 фемтосекунду все эти электростанции действительно генерируют в тысячу раз меньше энергии, чем такой лазер.

Разница же между лазером и электростанцией в том, что в следующую фемтосекунду лазер не генерирует уже ничего...

1

Буквально. В ту долю секунды, когда они работают- излучают, они выделяют энергии больше, чем все электростанции США.

Вполне может быть. Время излучения меряется микросекундами, если не ещё меньше. Мощность получается колоссальная.

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID