Термодинамика солнечных панелей: можно ли солнечными лучами нагреть объект до температуры выше, чем температура, которой соответствует солнечный спектр. Черное тело

При обсуждении термодинамических аспектов работы солнечных панелей, высказываются утверждение, что никакой объект нельзя нагреть солнечным светом, выше, чем температура, которой соответствует спектр солнечного света – около 6000 К, даже если его концентрировать.

Соображения вполне понятны – сколько не клади в печку угля, вольфрама им не расплавишь, так как температура горения угля ниже температуры плавления вольфрама. Максимальная температура горения угля определяется энергией окисления атома углерода отнесенная к одной молекуле углекислого газа ограничена.

Ситуация “усугубляется” тем, что с единицы площади любого тела, может быть излучено только определенное количество энергии, и это количество зависит только от температуры.

Согласно закону излучения Кирхгофа, отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел.

И у некоторых складывается впечатление, что более низкотемпературное излучение, направленное на более горячее тело, будет наоборот его остужать, точно так же как скажем при контакте двух газов.

Но давайте разбираться.

Согласно понятию абсолютно черного тела (АЧТ), оно поглощает все излучение, которое на него падает, и нет никаких дополнительных оговорок о температуре черного тела.

А вот излучает АЧТ, согласно его температуры.

Тогда простое следствие закона сохранения энергии – температура АЧТ будет повышаться, то тех пор, пока суммарная мощность излучения не сравняется с суммарной мощностью падающего излучения.

И если  энергетический баланс  поглощенного излучения и излученного требует более высокой температуры, то АЧТ нагреется выше, чем температура источника, от которого исходит  излучение, принимаемое им.

“Прямое” излучение и поглощение не приведет к повышению температуры АЧТ выше температуры излучателя. В “лучше” случае нагреет до такой же температуры.

Но если с помощью зеркал, собрать излучение с большей площади и направить на АЧТ, то суммарная энергия будет соответствовать более горячему излучателю, и АЧТ должно будет, соответственно, нагреться до более высокой температуры, тем излучатель.

В принципе на эту тему все, можно было бы разобрать несколько частных примеров, но пока обойдемся без этого.

В следующей статье разберем этот вопрос с точки зрения спектров.