309. Gas di fotoni

[matteofisica]

La radiazione elettromagnetica può essere descritta dal punto di vista termodinamico come un gas con energia interna e pressione , dove è una costante. Rappresentare un ciclo di Carnot per questo gas nel piano . Calcolare inoltre la variazione di entropia del gas durante un'isoterma reversibile, confrontandola con la variazione di entropia durante un'isoterma di un gas ideale.

[Higgs]

Provo a fare qualche considerazione. Dai dati del testo si ricava che le isoterme del ciclo di Carnot sono anche isobaree e che inoltre . Le due isoterme, parallele all'asse V nel piano p,V, sono raccordate dalle due adiabatiche, la prima di espansione del gas di fotoni e la seconda di compressione. Da notare che durante le isoterme varia l'energia interna perché dipende anche da V, contrariamente al caso del gas ideale. Prendendo ora in esame la prima isoterma alla temperatura , fra i valori nel piano p,V , si osserva che mentre . Per cui sembra agevole ottenere . Questa variazione, quattro volte quella del gas ideale dove , è dovuta alla variazione di energia interna che dipende anche dal volume nel gas di fotoni.

[matteofisica]

Mi sembra tutto corretto! Ora puoi andare con le adiabatiche

[Higgs]

Scusa ma non capisco. Non veniva richiesto l'esame delle adiabatiche ma solo il confronto con il gas ideale per quanto riguardava la variazione entropica in una isoterma. Io leggo questo nel tuo testo o non capisco. Infatti ho detto che le isoterme sono anche isobare e quindi parallele all'asse V una sopra a e l'altra sotto a e che sono raccordate dalle adiabatiche, una espansiva con aumento di volume e diminuzione di temperatura e l'altra viceversa come in ogni ciclo di Carnot. Cosa non vedo? A meno che non si debba imporre che siano adiabatiche ovvero cioè . Quest'ultima integrata per separazione di variabili condurrebbe a . Non so aspetto tue indicazioni sulla mia comprensione del testo....

[matteofisica]

Esatto, per "rappresentare un ciclo di Carnot" intendevo sostanzialmente scrivere le equazioni delle trasformazioni. Scusami per la poca chiarezza... comunque alla fine dal tuo risultato si ottiene , con costante. A te la staffetta!

[Ken Adams]

La descrizione "La radiazione elettromagnetica può essere descritta termodinamicamente come un gas con energia e pressione" può fare riferimento alla descrizione della luce da una prospettiva termodinamica. Questa è una metafora, non un'interpretazione esatta della radiazione elettromagnetica. È come applicare concetti della teoria dei gas per descrivere la propagazione della luce.

In questa descrizione, "gas" è usato per indicare che la radiazione elettromagnetica può viaggiare attraverso lo spazio come la propagazione delle molecole in un gas. "Energia" qui può rappresentare la natura ondulatoria della luce e la sua capacità di trasmettere energia dalla sorgente al punto ricevente. "Pressione" può riferirsi alla capacità della luce di interagire con gli oggetti, come la pressione della luce sulle superfici.

Tuttavia, va notato che la radiazione elettromagnetica non è in realtà un gas ed è improbabile che esista nello spazio come un gas. Di solito è descritto dall'onda elettromagnetica e dalla teoria nucleare (quantistica) e non si presenta come un gas come descritto sopra.