Ursprung der Radiowellen

Sie können durch die gleichen Prinzipien wie die Röntgenstrahlen verursacht werden, da die Unterschiede zwischen ihnen nur die Frequenz sind. Bewegliche Ladungen erzeugen ein Magnetfeld, das sich mit Lichtgeschwindigkeit nach außen ausbreitet. Beschleunigt man sie aber, verändert sich das Magnetfeld. Und wechselnde Magnetfelder erzeugen ein elektrisches Feld. Im Grunde bekommt man Licht oder elektromagnetische Wellen.

Je schneller Sie die Geschwindigkeit der Elektronen ändern, desto größer ist die Frequenz dieses "Lichts". Infrarotfrequenz ist Licht, das Sie erhalten würden, wenn Sie einen Wechselstrom in einem Kabel mit der gleichen Frequenz (ungefähr 10 bis 14) hätten. Offensichtlich können wir diese Frequenzen nicht im großen Maßstab erreichen, aber wir können es auf atomarer Ebene tun, wo die Geschwindigkeiten von Elektronen VIEL höher sind. Wenn wir die Frequenz weiter erhöhen würden, würden wir schließlich das Spektrum des sichtbaren Lichts erreichen und Sie könnten sehen, wie der Draht Licht aussendet. Gehen Sie noch höher und Sie erreichen die Röntgenstrahlen. Diese sind mit diesen Mitteln praktisch nicht erreichbar, aber wenn Sie das Material auf, sagen wir, 5000 K erhitzen, leuchtet es rot, weil die Geschwindigkeiten, mit denen sich die Atome darin hin und her bewegen, in der Größenordnung dieser Frequenz von Rot liegen Licht. Ich hoffe, dies erklärt ausreichend, wie Licht erzeugt wird. Radiowellen sind nichts anderes, sie haben nur eine niedrigere Frequenz.

Tatsächlich sind Röntgen- und Infrarotstrahlen nur Photonen unterschiedlicher Energie. Da sie aber unterschiedlichen Frequenzen und damit unterschiedlichen Energien entsprechen, können sie mit anderen charakteristischen Phänomenen in Verbindung gebracht werden. Während beispielsweise Röntgenstrahlen üblicherweise mit ihrem Auftreten in elektronischen Spektren verbunden sind (die in der Frage erwähnten "charakteristischen Röntgenstrahlen"), ist IR-Strahlung üblicherweise mit Phänomenen niedrigerer Energie wie der Strahlung eines schwarzen Körpers bei Raumtemperatur verbunden (vgl. Plancksches Strahlungsgesetz). !). Noch energieärmer ist die Mikrowellenstrahlung, die dafür berühmt ist, dass sie als kosmologische Hintergrundstrahlung „vom Universum selbst“ erzeugt wird. Nach den Mikrowellen haben wir die Radiowellen, aber diese sind so energiearm, dass ich kein „natürliches“ Phänomen finden kann, bei dem sie erzeugt werden! Sie sind in vielen praktischen Anwendungen, wie der MRT, wichtig. Auf jeden Fall extrem niederenergetische Phänomene.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Radiowellen zu erzeugen.

Die einfache Beschleunigung von Elektronen in einem Sendedipol erzeugt Radiowellen. Ich schätze, da Sie möglicherweise Wi-Fi verwendet haben, um Ihre Frage zu schreiben, wussten Sie dies und beschäftigen sich mehr mit "natürlichen" Quellen von Funkwellen?

Grundsätzlich kann durch gebunden-gebundene, frei-gebundene oder frei-frei-Übergänge von Elektronen, die in Atomen oder Molekülen gebunden sein können, elektromagnetische Strahlung aller Wellenlängen erzeugt werden.

Wenn gebundene Elektronen beteiligt sind, dann sind es typischerweise die Abstände zwischen molekularen Rotations- und Schwingungsniveaus, die für die Infrarotemission verantwortlich sind. Längerwellige gebunden-gebundene Übergänge können zwischen Hyperfeinübergängen mit kleinen Energieunterschieden auftreten. zB Die berühmte 21cm-Strahlung kommt von einem Hyperfeinübergang in Wasserstoffatomen.

Es gibt auch eine Reihe von Mechanismen, die die Beschleunigung ungebundener Elektronen beinhalten, die eine Kontinuumsemission bei langen Wellenlängen erzeugen. Die am häufigsten auftretenden sind Bremsstrahlung – die Beschleunigung von Elektronen in den elektrischen Feldern von Ionen – die alle Wellenlängen bis hin zu einem kurzwelligen Abfall erzeugen kann, der von der Gastemperatur abhängt; und Synchrotron-Continuua, die von Elektronen erzeugt werden, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten in Magnetfeldern drehen.

Infrarot- und Radiostrahlung haben denselben Ursprung wie Röntgenstrahlen. Wenn ein Photon mit einem Elektron zusammenstößt, gewinnt dieses Elektron die Energie des Photons (wenn das Photon eine hohe Frequenz hat, gewinnt es viel Energie, wenn es eine niedrige Frequenz hat, gewinnt es wenig Energie). Dann geht das Elektron auf ein energetischeres Energieniveau, das weiter vom Kern entfernt ist. Dann sendet das Elektron ein Photon aus und geht zurück auf das ursprüngliche Energieniveau. Das gilt für alle Arten von Strahlung. Röntgen-, Infrarot- und Radiostrahlung sind allesamt Photonen mit unterschiedlichen Frequenzen.