[image]

Температура лазерного луча

 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Вопрос очень короткий, хотя и не простой: какова температура луча лазера?
   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
Чей-то вы, Fakir, страшное спрашиваете. А распределению энергии по фотонам в луче лазера можно температуру приписать? :o С чем луч в равновесии? Распределеньице по частотам - узкий гаусс наверное. Планк отдыхает.
   

Vale

Сальсолёт
★☆
Ответ, ЕМНИП, у Китайгородского с Ландау был :)

"Такое распределение электронов по состояниям соответствует ;) .... "
   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
Дык о чем речь-то? Ясен пень, что инверсная заселенность электронных уровней соответствует отрицательной температуре для пары уровней перехода. Fakir- то спрашивает про температуру излучения. А оно - жестоко неравновесное. ;) Как такому вот излучению температуру приписать?

А если система трехуровневая и излучение идет от двух переходов, то как быть с температурой луча? Для трехуровневой системы возможны распределения заселенностей, к-рым одну температуру хрен припишешь.

Уважаемый Fakir, как приписать температуру излучению с непланковским спектром? :huh:
   
Это сообщение редактировалось 18.02.2005 в 13:44
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
Гм... что-то дебильное в голову лезет... Если идет непрерывная накачка, то вероятность найти систему на любом из двух уровней в среднем по времени равна половинке с высокой точностью. Этому отвечает бесконечная температура,... но за такое высказывание лазерщики наверное бьют в морду сразу. И перед захоронением вбивают в голову канделябр. :unsure:
   
RU Андрей Суворов #18.02.2005 14:55  @AidarM#18.02.2005 14:45
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

AidarM> Гм... что-то дебильное в голову лезет... Если идет непрерывная накачка, то вероятность найти систему на любом из двух уровней в среднем по времени равна половинке с высокой точностью. Этому отвечает бесконечная температура,... но за такое высказывание лазерщики наверное бьют в морду сразу. И перед захоронением вбивают в голову канделябр. :unsure: [»]

Бесконечная, бесконечная... пусть бьют...
   

Vale

Сальсолёт
★☆
А почему время накачки обязано быть равным времени генерации импульса???
   

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Товарищи! Забудьте о накачке! Речь исключительно о луче!
   
2 Fakir
Тогда ответ такой: никакова. Вопрос некорректный. Или угостите определением температуры сильно неравновесного излучения. А пока я определения не знаю, для меня температура неопределена.
 
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
Мдя. Это опять я был. Авторизация слетает постоянно. :(:(:(
   

hcube

старожил
★★
Хмм... ну, вероятно можно сопоставить длину волны и 'типа среднюю' температуру излучения. То есть для скажем красного лазера 'эквивалентная' температура что-то типа 3000 К.

Вспоминается Девид Брин - 'Прыжок в Солнце'. Там внутрифотосферный корабль охлаждался лазерами.

Так что видимо ответ такой - температура лазерного луча соответствует такой температуре, при которой через апертуру лазера прокачивается эквивалентное количество теплового излучения.
   

ing

втянувшийся

Измерение света
Приборы, измеряющие свет, измеряют 2 вещи: количество и качество света.

Измерение количества света это измерение общей освещенности или освещенности в определенной точке. (освещенность, как правило, измеряется в LUX)
Измерение качества это измерение температуры света. (температура света в градусах по шкале Кельвина) Так например яркий солнечный свет имеет температуру около 5500 град Кельвина, а свет лампы накаливания около 3200 К.
 

Судя по данной цитате температура света соответствует частоте для монохроматического излучения лазера. Частота это импульс. Температура для частиц это тот же импульс (вспомним основное уравнение молекулярной теории газов). Скажите какой частоты лазер, тогда можно сказать какая будет температура.
ing

   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
2 ing
Это определено для теплового равновесного излучения, не резонансного. ИМХО. Солнце, лампа и т.п. излучают почти как АЧТ. А у него распределение интенсивности по частотам планковское. Ни о какой монохроматичности речи нет. Приписывать монохроматичному излучению(ОК, узенький гаусс) максимум в спектре теплового - трава. ИМХО.

Уважаемый Fakir, а вы не издеваетесь, случаем? :D Можно ли лазерному лучу приписать понятие температуры? А то у меня мозги уже плавятся.
   
Это сообщение редактировалось 18.02.2005 в 16:26

ing

втянувшийся

Можно ли лазерному лучу приписать понятие температуры? А то у меня мозги уже плавятся.
 

Можно, если исходить из определения температуры, а определена она из молекулярно кинетической теории. И мозги плавятся потому что пытаетесь на ходу придумать способ определения по известным зависимостям (причем сдесь гаусс?!).
Температура это средняя энергия на одну частицу (можно определить через импульс) потому можете выразить hw в кельвинах доже для одной частицы (именно частицы, здесь свет имеет смысл частицы).
ing

   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
ing

>Можно, если исходить из определения температуры, а определена она из молекулярно кинетической теории.
Мы имем дело с излучением, а не молекулами. Да и в МКТ понятие температуры введено для систем, находящихся в т.д. равновесии.

>И мозги плавятся потому что пытаетесь на ходу придумать способ определения по известным зависимостям.
Потому что я б.-м. помню определение температуры как макроскопического параметра, характеризующего равновесные (квазиравновесные) системы.

>(причем сдесь гаусс?!)
При том. Я беру такую форму спектра для лазерного луча. Типичное распределение.

>Температура это средняя энергия на одну частицу (можно определить через импульс) потому можете выразить hw в кельвинах доже для одной частицы
Температура одной конкретной частицы - это вообще маразм! Можно, конечно, считать кинетическую энергию фотона в кельвинах, если на соотв. размерный множитель - постоянную Больцмана поделить.

>(именно частицы, здесь свет имеет смысл частицы).
Вот и нет. Свет - излучение. Равновесное распределение кинетической энергии молекул в газах - см. максвелловское распределение. Равновесное распределение излучения тел - см. планковскую формулу.

Мы имеем дело не с молекулами, а с излучением. Так что температура излучения как средняя кин. энергия фотонов по МКТ тут вообще не в тему.

ИМХО, разумеется.
   
Это сообщение редактировалось 18.02.2005 в 18:12

ing

втянувшийся

понятие температуры введено для систем, находящихся в т.д. равновесии.
 

Понятие температуры имеет смысл "средняя энергия на одну частицу", посмотрите размерность.
В развитии температура используется и для неравновесных систем - колебательные, вращательные температуры и т.д., но всегда это энергия на единицу. В пределе никто не мешает говорить о температуре одной молекулы, частицы. Распределение , по которому смотрится усредненная температура это распределение по инергиям.
Собственно об чем речь, пусть отвечает "загадочник".
ing

   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
>Понятие температуры имеет смысл "средняя энергия на одну частицу", посмотрите размерность.
Лишь когда пользоваться этим понятием правомерно. Т.е. когда есть хотя бы локальное т.д. равновесие.

>В развитии температура используется и для неравновесных систем -
А точнее, для квазиравновесных, когда в полной макроскопической системе можно выделить макроскопические же подсистемы, находящиеся в локальном т.д. равновесии и не находящиеся в равновесии друг с другом. Как несколько тел, имеющих разную температуру и приведенных в тепловой контакт.

>колебательные, вращательные температуры и т.д., но всегда это энергия на единицу.
Если сказано слово 'температура', то это означает, что в указанных вами резервуарах колебательных, вращательных и т.д. степеней свободы локально установились гиббсовские распределения (а не любые) по соотв. подуровням. И просто общей температуры м.быть еще нет и нужно время на это.

Пример:
Даны три расщепленных уровня энергии (ансамбль изолированных трехуровневых систем, S=1). Пусть полностью заселен только центральный (средний по величине энергии). Найдите температуру трехуровневой системы. Среднюю энергию я знаю. За слова 'система имеет температуру...кельвин' меня будут бить.

Подсистема из верхней пары уровней находится при локальном нуле кельвин. Подсистема из нижней при минус нуле. :D Подсистема из крайних температурой не обладает. :) Общей температуры у всей системы нет и ей еще предстоит установиться за счет каких-то иных процессов, взаимодействи с какой-то другой подсистемой-термостатом. Описываемых не столько термодинамикой, скорее физ. кинетикой.

>В пределе никто не мешает говорить о температуре одной молекулы, частицы.
Предел взять не удастся. Температура - макроскопический параметр, вы вылезаете из области определения. О средней по большому промежутку времени кинетической энергии одной молекулы говорить можно. О кинетической энергии средней по ансамблю молекулы говорить можно. На их сновании ансамблю иногда можно приписать температуру. О температуре одной конкретной молекулы говорить - чревато канделябрами.

>Распределение , по которому смотрится усредненная температура это распределение по инергиям.
Слово 'температура' означает, что усреднение уже было произведено и что система может быть описана температурой.

>Собственно об чем речь, пусть отвечает "загадочник".
Угумс. И заодно вправит мне мозги насчет температуры.
   
Это сообщение редактировалось 18.02.2005 в 21:14

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Прохоров говорил, что температура лазерного луча - миллиарды градусов, имея в виду, что черное тело, излучающее столько энергии на такой длине волны, должно было бы иметь именно такую огромную температуру. Но это, конечно, некорректный подход - годится разве что для "драматизации" идеи.
Однако утверждение пошло гулять, и все из знакомых, кому я задавал этот вопрос, отвечали именно "по-прохоровски". Так что я приятно удивлен, что здесь никто на эту удочку не повелся ;) (только hcube немного склонился на эту сторону)

ing
Понятие температуры имеет смысл "средняя энергия на одну частицу", посмотрите размерность.
 


Это в "прикладном" смысле. Некоторые прикладники любят говорить, что понятие температуры подразумевает наличие максвелловского распределения - и в "прикладном" смысле они правы, но с более общей точки зрения - нет. То, что температура далеко не обязательно "средняя энергия на одну частицу", даже для ансамбля из очень большого числа частиц, видно из тех же лазерных сред, с отрицательной температурой (что связано, как уже сказал Айдар, с инверсной заселенностью).

AidarM
Или угостите определением температуры сильно неравновесного излучения.
 


Так если сразу давать определение - это же будет прямой ответ, и где интерес? :P

Вообще, как всегда в термодинамике, если встречается какое-то затруднение с определением температуры - добро пожаловать в гости к дедушке Гиббсу. Самое всеобъемлющее определение (это которое с отношением сумм - МатТайп на машине сейчас не стоит, так что прошу прощения за то, что не привожу формулу в тексте), согласно которому выходит, что температура лазерного луча стремится к абсолютному нулю! Вот такой парадоксальный вывод.
   

Anika

координатор
★★☆
Распределения - это, конечно, правильно. Но...
Как насчет такого определения: температура луча - это максимальная температура, до которой этот самый луч может нагреть то, на что попадает?
Тогда ответ простой - что-то вроде аш ню делить на ка.

Пардон-с, фигню спорол-с. :(

Тогда ответ простой - что-то вроде аш ню делить на ка.
 
На самом деле тут на первое место становится плотность энергии в луче. Цвет луча уже вторичен. А для черного тела - и вовсе неважен.
   
Это сообщение редактировалось 22.02.2005 в 16:26
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
Ляпну еще фигни. :rolleyes::D
Фотоны в лазерном луче в основном имеют одну энергию. Аднака есть еще 2-я гармоника, 3-я и т.п. Когда уже возбужденный атом хватает еще один/два/много фотонов и система обрушивается вниз с виртуального уровня. ВотЪ. Вероятность таких многофотонных процессов мнооого ниже однофотонных. Поэтому в лазерном луче фотоны с удвоенной/утроенной/... частотой очень редки.

Может, Fakir под температурой подразумевает распределение фотонов по гармоникам? :) Тады да, близко к нулю получается. :)
   

ing

втянувшийся

Добрый день.
Математика инструмент замечательный если им правильно пользоваться.
Напомню, температура - энергия на одну частицу. И в этом весь физический смысл. Если искать температуру как производную от некоторой функции, а саму функцию вычислять как некоторую сумму то если не задумываться можно получить что угодно. Не следует просто делить на бесконечность. Для физических объектов деление на нуль и на бесконечность дает парадоксы.
Замечу еще , что термодинамика появилась и развивалась до появления кинетической теории газов, она обрасла математикой, а физический смысл понятия температуры в четкой и ясной форме появился позже. Вот здесь и началось использование понятий и аппарата теории вероятностей, потому что вероятность это колличество перестановок и применимо именно к дискретным системам. В отом смысл понятия энтропия, процесс с движется в наиболее вероятном направлении. (невероятно, например, собраться всем молекулам в одной части объема). Физика отличается от математики тем, что обращена к конкретным объектам и не все дозволено.
ing
   
+
-
edit
 

AidarM

аксакал
★★
>Напомню, температура - энергия на одну частицу.
Неа. Необязательно. Энергия у одной частицы - бывает. Температура - нет. Она даже у ансамбля не всегда бывает.

>Если искать температуру как производную от некоторой функции, а саму функцию вычислять как некоторую сумму то если не задумываться можно получить что угодно.
Именно. Поэтому надо бы четко помнить о том, где, для чего и как именно вводится то или иное понятие.

>Не следует просто делить на бесконечность. Для физических объектов деление на нуль и на бесконечность дает парадоксы.
На бесконечность - не дает. На нуль - тоже не всегда дает.

>Замечу еще , что термодинамика появилась и развивалась до появления кинетической теории газов, она обрасла математикой,..
Гм. Температура в термодинамике - некий параметр, характеризующий тепловое равновесие макроскопической системы с другими. Конечно, довольно туманный, как и само понятие термодинамического равновесия. А что вы хотите, если уравнения Гамильтона точно не решить? :o О 'средней энергии каждой из степеней свободы' изначально речь не шла.

>..а физический смысл понятия температуры в четкой и ясной форме появился позже.
ИМХО то, что вы подразумеваете под чёткой и ясной формой, было почти сразу получено в элементарной статфизике, МКТ, к-рая развивалась почти параллельно с термодинамикой.

>Вот здесь и началось использование понятий и аппарата теории вероятностей, потому что вероятность это колличество перестановок и применимо именно к дискретным системам.
А к непрерывным применима плотность вероятности. :D

>В отом смысл понятия энтропия, процесс с движется в наиболее вероятном направлении. (невероятно, например, собраться всем молекулам в одной части объема).
Вы будете смеяться, но энтропия - один из термодинамических потенциалов. Её того... дифференцировать можно.

>Физика отличается от математики тем, что обращена к конкретным объектам и не все дозволено.
Правильно. И понятие температуры к одному конкретному объекту с точно описываемой динамикой не дозволено. :P
   

-exec-

опытный

ing>
Измерение света
ing> Приборы, измеряющие свет, измеряют 2 вещи: количество и качество света.
ing> Измерение количества света это измерение общей освещенности или освещенности в определенной точке. (освещенность, как правило, измеряется в LUX)
ing> Измерение качества это измерение температуры света. (температура света в градусах по шкале Кельвина) Так например яркий солнечный свет имеет температуру около 5500 град Кельвина, а свет лампы накаливания около 3200 К.
 

ing> Судя по данной цитате температура света соответствует частоте для монохроматического излучения лазера. Частота это импульс. Температура для частиц это тот же импульс (вспомним основное уравнение молекулярной теории газов). Скажите какой частоты лазер, тогда можно сказать какая будет температура.
ing> ing [»]

я конечно свинья в апельсинах, но это случаем не температура платины с эквивалентным спектром?
   
DE K. Gornik #26.02.2005 20:27
+
-
edit
 

K. Gornik

втянувшийся

Инг не прав. Температура связана не с импульсом, а с энергией беспорядочного движения. Если облако газа с низкой температурой быстро движется, то от этого газ не становится горячим. Лазерное излучение строго упорядоченное, нетепловое. Поэтому (строго говоря) с ним нельзя связать температуру. А если все-таки пытаться связать, то получится, что она низкая. Если использовать лазерное излучение с умом, то с его помощью можно охлаждать атомы до очень низких температур. Разумеется, атомы это излучение не поглощают, оно "отскакивает" от них и еще энергию уносит. В последние годы это модно, за это Нобелевскую премию получили пару лет назад и потом создавали конденсат Бозе-Эйнштейна в магнитной ловушке, охлаждая атомы лазером.

Отрицательной является не температура самого луча, а активной среды, точнее, точнее, системы 2 уровней, переход между которыми порождает лазерный эффект.
   

ing

втянувшийся

Добрый день.
То K. Gornik.
Я готов согласиться с вашим комментарием. Если рассматривать температуру как характеристику внутреннего беспорядочного движения то, температура луча равна 0. Тем не менее здесь имеется аналогия с газодинамикой, для потока рассматриваются две температуры полная и статическая. Итак для луча мы имеем статическую температуру равную 0 (здесь прошу вас подтвердить, так ли это, не противоречит ли это третьему закону термодинамики) и полная температура определяется энергией кванта.
ing
   

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru