生存智慧之菲涅尔透镜生火煮食

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生火对于生存而言意义重大,野外水资源被污染之后可以生火煮水,也可以蒸馏出纯净水,可以煮食,还可以取暖。
使用凸透镜聚光生火是一种简单的办法。不过普通的小型的凸透镜面积小,汇聚的光线少,如果不是正午的时候,太阳光不够猛烈,焦点温度不高,可能就无法可靠地生火。只能通过扩大面积,汇聚更多光线来提高焦点温度,但大型凸透镜存在以下问题:难于制作、对玻璃纯度要求很高、曲面难以磨制、重量太重不便于移动、价格昂贵。
有没有简单的替代办法呢?
菲涅尔透镜(Fresnel lens),又名螺纹透镜,是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔(Augustin.Fresnel)发明的,菲涅尔透镜一般由有机玻璃或其它透明塑料制成,也有用玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆。
其工作原理十分简单:假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。另外一种理解就是,透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看,其表面由一系列锯齿型凹槽组成,中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜,把光线调整成平行光或聚光。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同,但都将光线集中一处,形成中心焦点,也就是透镜的焦点。
菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜,由于菲涅尔透镜是平面化的聚光镜,加工制作工艺相对简单,成本比普通的凸透镜低很多,可以做成大面积聚光镜,其材质又轻,整体重量很轻,可以理想地达到替代大型凸透镜实现大面积聚光生火的效果,1M*1M的菲涅尔透镜焦点温度可以达到1000度以上。
菲涅尔透镜不仅可以生火,方形的大尺寸菲涅尔透镜可以方便地放在木架上实现无火烧烤、煮食,具体可以网上搜索。
补充一些相关资料和图片,方便大家了解吧:
早在18世纪(1748年),人们就发现,传统透镜能量折射仅仅发生在表面,拿掉尽可能多的中间部分,而保留表面的弯曲度,形成了较薄的平面透镜,仍然能保持较好的能量透过率。
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菲涅耳透镜形成较薄的平面透镜后,其剖面看起象锯齿形状,实际上每个相邻锯齿的角度是在不停变化的,其角度的变化是为了将光线汇聚到同一焦点处。
菲涅尔透镜分类:
根据其焦点处形状不一样,可分为 点聚焦菲涅尔透镜 和 线聚焦菲涅尔透镜。
点聚焦菲涅尔透镜:从正面看象一个飞镖盘,由一环一环同心圆组成:
http://s7/mw690/649cca5egdc81afe554d6&690
线聚焦菲涅尔透镜是相对于点聚焦菲涅耳透镜而言的,其正面形状看象百叶窗,从剖面看,也是角度不断变换的锯齿形状,与圆盘状菲涅耳透镜不同的是,这种透镜聚焦的光线形成一条直线:
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再举个实际产品的参数以供了解,只有几mm厚度的1M*1M透镜就可以聚焦产生超过1000度的高温:
产品尺寸:1100*1100mm
产品厚度:5MM
焦距:1300MM
材质:光学极PMMA
光学透过率:92%
光斑大小:最小直径30MM
光斑温度:超过1000摄氏度
300mm以上方形透镜的聚焦温度已经比较高了,价格也相对便宜很多,其中某款345*345mm透镜的实际产品示例图片为:
http://s15/mw690/649cca5egdc81c420efbe&690