Warum strahlt ein geladenes Teilchen in kreisförmiger Bewegung in einem gleichmäßigen Magnetfeld keine Energie ab?

Ich habe in meinem Physikkurs untersucht, dass einer der Nachteile von Rutherfords Atommodell darin bestand, dass ein Elektron, wenn es sich um den Kern dreht, eine Beschleunigung erfährt und daher Energie abstrahlen und folglich in den Kern fallen sollte.

In ähnlicher Weise führt ein geladenes Teilchen, wenn es in die Ebene senkrecht zu einem gleichförmigen Magnetfeld projiziert wird, eine gleichförmige kreisförmige Bewegung mit Radius aus R = M v / Q B .

Meine Frage ist, warum strahlt das geladene Teilchen hier keine Energie aus? Auch in diesem Fall wird das geladene Teilchen beschleunigt, genau wie in Rutherfords Atommodell. Sollte sich in diesem Fall also nicht auch der Radius verkleinern?

Antworten (3)

Ein geladenes Teilchen, das in einem Magnetfeld zirkuliert, strahlt Energie aus und wird als Synchrotronstrahlung bezeichnet. Alle kreisförmigen Teilchenbeschleuniger haben Energieverluste durch diese Strahlung.

Synchrotronstrahlung ist es nur, wenn die Teilchengeschwindigkeit relativistisch ist. Ansonsten ist es Zyklotronstrahlung. Die Emissionsdynamik ist für die beiden Fälle ziemlich unterschiedlich, daher der Spitzname. :)
heißt das also, dass der radius mit der zeit immer kleiner wird?
Ja. Der Radius nimmt ab, deshalb müssen Beschleuniger den Strahlen Pulse zuführen, um sie auf dem gleichen Impuls/Radius zu halten
@Kitchi sowohl Zyklotron als auch Synchrotron haben relativistische Energien. Wenn man von Teilchen spricht, ist man bei Bruchteilen von c. Es ist bei den ultrahohen Energien, wenn die Harmonischen der Zyklotronstrahlung so dicht werden, dass sie zu einem Kontinuum werden. astro.umd.edu/~miller/teaching/astr601/lecture16.pdf
@annav - Synchrotronstrahlung ist nur für relativistische Bewegung geeignet, da Sie dann ein relativistisches Strahlen der Strahlung in Bewegungsrichtung sehen. Zyklotronstrahlung liegt im nicht-relativistischen Grenzbereich, und solange λ >> Größe des strahlenden Systems können wir uns einem Dipolstrahlungsfeld annähern. Diese beiden Links erklären das viel detaillierter. (PDF-Warnung).

Ich füge nur hinzu, dass es sogar eine natürliche (nicht künstliche) Quelle für Synchrotronstrahlung gibt : Krebsnebel (Überrest einer 1054 beobachteten Supernova). Der Grund, warum wir es sehen (selbst in kleinen Teleskopen), ist daher ganz anders als bei anderen Himmelsquellen (wo wir Licht von heißen Sternen oder Akkretionsscheiben oder angeregtes Gas beobachten).

Das ist eine wirklich gute Frage, die mich viele Jahre lang beschäftigt hat.

Die Physik besteht aus vielen verschiedenen Theorien, und im Laufe der Geschichte haben Physiker sie verfeinert oder neue geschaffen. Mein Lieblingsbeispiel ist Newtons Gravitationstheorie, die die Gravitation für die meisten Anwendungen hervorragend erklärt; Einsteins sind jedoch viel genauer und eine gründlichere Erklärung.

Elektronen, die um einen Kern kreisen, gelten für die Elektrodynamik. Die Frage, die Sie stellen, war viele Jahre lang ein großes Thema (wie Sie oben erwähnt haben). Das war ein wichtiger Grund, warum die Leute dachten, die E&M-Theorie sei nicht vollständig.

Der Grund, warum es nicht strahlt, wird durch die Quantenmechanik erklärt. In der QM sind Teilchen Wellen und Teilchen. Das Elektron ist eine Wellenfunktion. Die Wellenfunktion, die ein zentrales Potential umgibt, wird gebundene Zustände haben. Diese gebundenen Zustände BEWEGEN SICH NICHT; Die Wellenfunktion ändert sich im gebundenen Zustand nicht. Da sich die gebundenen Zustände nicht bewegen, bewegt sich das elektrische Feld des Elektrons nicht, also wird nichts abgestrahlt. Dies ist ein subtiles und sehr süßes Konzept.

Nebenbemerkung: Ein zentrales Potential ist etwas mit nur radialer Abhängigkeit und ist die Art von Potential, die ein Kern erzeugt.

Was meinst du mit " Das Elektron ist eine Wellenfunktion "?
Wie die Antworten von vor 3 Jahren besagen, strahlt ein geladenes Teilchen, wenn es sich kreisförmig um ein gleichmäßiges Magnetfeld bewegt. Es gibt also keinen "Grund, warum es nicht strahlt", wenn es tatsächlich strahlt.
Warum strahlt ein geladenes Teilchen in kreisförmiger Bewegung in einem gleichmäßigen Magnetfeld keine Energie ab?
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