Оптический нагрев поглощающей среди. Быстрый нагрев поверхности металла лазерным импульсом. Лазерный отжиг полупроводников. Светореактивное давление. Лазерное сверхсжатие вещества. Физические принципы лазерного термоядерного синтеза.Оптический нагрев поглощающей среды. С тепловым действием оптического излучения — превращением энергии светового поля в тепло — мы хорошо знакомы из повседневного опыта. Концентрируя солнечное излучение с линз или зеркал, можно сильно нагреть поглощающее свет тело. В современных “солнечных печах” метачл удается нагреть до температур в несколько тысяч градусов — предел достижимой температуры ставят законы термодинамики. Тепловое действие солнечного излучения успешно используется в энергетике. Регистрация теплового действия может быть положена в основу прямых измерений энергии и мощности света.Физика теплового действия света проста. Световая волна возбуждает движение свободных и связанных зарядов в среде. Кинетическая энергия зарядов частично рассеивается при столкновениях зарядов с другими частицами, при взаимодействии с колебаниями решетки в кристалле и т. п., превращаясь в конечном счете в тепло. В результате температура среды повышается.Интенсивность же световой волны, в соответствии с законом сохранения энергии, уменьшается по мере увеличения расстояния, пройденного ею в среде, т. е. возникает поглощение света. Во многих случаях процесс поглощения бегущей волны описывается законом БугераI(z) ~ 10 exp(-Sz). (Д2.1)Величина S, имеющая размерность см-1, называется коэффициентом поглощения. На расстоянииЬ0 = 6- (Д2.2)называемом глубиной поглощения, интенсивность света уменьшается в е раз.Тепловые процессы в поглощающей свет среде описываются уравнением теплопроводности. Величина приращения температуры в некоторой точке среды T(t, х, у, z) удовлетворяет уравнению^Ж = ж(0 + 0 + Ш + (1“Л)"ое"'’' W2-3)где р — плотность, Ср — теплоемкость, х — коэффициент теплопроводности,R — коэффициент отражения.Поглощение света вызывает появление распределенных источников тепла. Выделение энергии в некоторой точке пространства приводит к росту температуры среды СО скоростью ~ 51о/(рСр). С этим процессом, однако, конкурирует процесс растекания тепла (термодиффузии), скорость которого пропорциональна
Сначала вычислим количество теплоты, необходимое для нагревания свинца от 27град. до температуры плавления t2=327град. Q1=c*m*( t2-t1) ( c-удельная теплоемкость свинца =130Дж / кг*град.) Q1=130*0,25*(327-27)=9750Дж. Вычислим количество теплоты, которое затраченно на плавление, для этого от свего затраченного тела отнимем количество теплоты, истраченное на нагревание. Q2=Q - Q1 =10056-9750=306Дж. ( предварительно превратив 2,4ккал в Джоули. 1кал=4,19Дж , 2400*4,19=10056Дж =Q.) Зная удельную теплоту плавления свинца - лямбда=23000Дж / кг.Вычислим какую массу может расплавить 360Дж. Q2=лямбда*m1 , отсюда m1=Q2 / лямбда. m1=360 / 23000=0,016 кг =16г . 16г <250г. Весь свинец не расплавится, расплавится всего 16г .
Мы всегда с неким страхом перед стихией наблюдаем за такими удивительными природными явлениями, как молния и гром. В наших умеренных широтах они встречаются достаточно часто, где-то 10-20 раз в течение года, и чем ближе к экватору, тем больше частота – иногда до 160 дней в году могут быть грозовыми. Гораздо реже можно увидеть молнию и услышать грозу над океанами. Вообще, гроза – это всегда спутник атмосферного фронта, при котором происходит резкое вытеснение холодными воздушными массами теплых.Сам процесс всегда начинается с появления огромной воздушной прослойки, которая образует быстро растущее белое облако. В некоторых случаях грозовые облака могут иметь просто огромные размеры, которые порой достигают 10-15 километров. При этом нижняя часть тучи зачастую плоская, но вверх и по боковым сторонам она сильно раздается.Когда верхняя граница такой грозовой тучи касается стратосферы, начинается процесс сплющивания. При этом облако принимает форму некой наковальни. Как следствие – начинается сильный ветер, который иногда может переходить в шквал в некоторых случаях натворить очень много разрушений. Известны случаи, когда такие порывы ветра переворачивали груженые вагоны, имеющие вес более 15 тонн. Самыми страшными считаются шквалы в летний период.Что же касается молнии, то это электрический разряд воздуха огромной мощи. Возникает он обычно между облаком и землей или между двумя грозовыми облаками. В некоторых случаях сила заряда может быть огромной, поэтому вокруг молнии воздух может за доли секунды нагреваться до высоких температур и, как следствие, расширяться. Результат расширения мы с вами слышим – это гром – сильнейшая звуковая волна, которая преодолеть десятки километров. Хотя современные технологии тоже ушли далеко вперед, и звук в микронаушнике отлично слышится, несмотря на маленькие размеры.Мощные и часто повторяющиеся разряды молнии являются следствием появления продолжительного шума и грохота. Это вызвано тем, что звуковая волна отражается еще и от поверхности земли, зданий и самих туч, создавая невероятные раскаты.Сами вспышки молнии имеют скорость света, поэтому мы видим их сразу же после разряда. Что касается грохота, то звук пролетает за три секунды в среднем один километр – это обусловлено скоростью звука. Если же так получается, что гром и молния слышны и видны одновременно, то это значит, что все происходит в непосредственной близости. Бывают ситуации, когда молнии существенно опережают гром. В этом случае можно смело утверждать, что молния пока далеко от наблюдателя. То есть чем дальше гроза, тем с большей выдержкой мы слышим гром после появления молнии.
