Warum strahlt eine beschleunigte Ladung Energie ab?

Es strahlt Licht aus, weil es das elektromagnetische Feld „aufwirbelt“. Um dies zu verstehen, tauchen Sie einfach Ihren Finger in einen stillen Teich und bewegen Sie ihn im Kreis. Wasserwellen werden von deinem Finger ausgehen. Diese Wellen haben Energie, was bedeutet, dass Ihnen Energie entzogen wird. Gleiches gilt für die Gebühren.

Tatsächlich folgt dies fast automatisch aus der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts. Das elektrische Feld einer stationären Ladung gehorcht dem Coulombschen Gesetz. Setzt sich die Ladung plötzlich in Bewegung, gehorcht das Feld zwar nicht mehr dem Coulombschen Gesetz, kann sich aber aufgrund der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht überall sofort ändern. Stattdessen geht mit hoher Geschwindigkeit eine "Schockwelle" von Informationen von der Ladung aus$c$. Diese Stoßwelle enthält elektromagnetische Energie und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit – es ist Licht.

Eine beschleunigende Ladung strahlt Energie ab, weil sie nach den Maxwellschen Gleichungen eine elektromagnetische Welle erzeugt.

Welche Art von Energie würde es ausstrahlen, wenn es beschleunigt wird, und warum?

Das Elektron-Kern-System hat neben kinetischer Energie auch Energie, die im elektrischen Feld zwischen dem Elektron und dem positiv geladenen Kern gespeichert ist.

Nach meinem Verständnis der Kreisbewegung ändert die auf das Elektron wirkende Zentripetalkraft, wenn sich das Elektron in Kreisbewegung befindet, nur die Richtung des Elektrons und nicht seine lineare Geschwindigkeit. Und daher sollte die kinetische Energie des Elektrons konstant bleiben.

Wir könnten spekulieren, dass die kinetische Energie des Elektrons konstant bleiben würde, wenn es nicht strahlen würde. Aber Bohrs ganzes Argument war, dass das Elektron seine Umlaufbahn verlieren würde, dh seine kinetische Energie verlieren würde, weil es strahlen würde, wenn es das Atom umkreisen würde.

Wenn also die Energie, die die Ladung abstrahlt, nicht aus der kinetischen Energie stammen sollte, welche Art von Energie würde sie dann abstrahlen, wenn sie beschleunigt wird, und warum?

Basierend auf dem obigen Argument dachte Bohr vermutlich, dass die Strahlungsenergie aus der kinetischen Energie des Elektrons stammen würde. Diese Prämisse wird durch eine Beobachtung auf Makroebene gestützt, dass ein Elektron, das sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld dreht, allmählich seine Energie verliert und sich spiralförmig nach unten bewegt.

Das Elektron strahlt elektromagnetische Energie aus, und es strahlt sie aus, weil es beschleunigt. Die Strahlungsart, die speziell mit der Kreisbewegung verbunden ist, dh aufgrund der Zentripetalbeschleunigung, ist als Synchrotronstrahlung bekannt, da sie in Synchrotrons und anderen kreisförmigen Teilchenbeschleunigern auftritt und aufgrund des mit der Strahlung verbundenen Energieverlusts als Nachteil angesehen wird .

Die Strahlungsleistung eines geladenen Teilchens aufgrund seiner Beschleunigung wird durch die Larmor-Formel quantifiziert:

$P=\frac {q^2a^2} {6\pi\epsilon_0 c^3},$

Wo$a$ist die Beschleunigung eines Teilchens. Weitere Details zur Strahlung aufgrund der Kreisbewegung finden Sie in diesem Wikipedia-Artikel .

Warum fallen Orbitalelektronen nicht in den Kern, wenn sie sich mit Beschleunigung bewegen? Die Larmor-Beziehung wird normalerweise zur Berechnung der relevanten Kraft verwendet, ist aber nur für Beschleunigungen in Bewegungsrichtung sinnvoll. Umlaufbahnen haben nur eine Zentrifugalbeschleunigung, die senkrecht zur Bewegung steht, sodass die Larmor-Beziehung für sie nicht gilt. Die von den Orbitalen abgegebene Energie ist vernachlässigbar und wird sie durch die Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Feld des Atoms ersetzt?

Bohrs Atommodell löst ein nicht existierendes Problem. Aber dieses Modell öffnete die Tür zu einem Land ohne Wiederkehr; viele Wissenschaftler von der "Schönheit dieses Landes" fasziniert sind?

Nach meinem Verständnis der Kreisbewegung ändert die auf das Elektron wirkende Zentripetalkraft, wenn sich das Elektron in Kreisbewegung befindet, nur die Richtung des Elektrons und nicht seine lineare Geschwindigkeit. Und daher sollte die kinetische Energie des Elektrons konstant bleiben.

Wenn Sie sich an der Stelle befinden, an der sich ein Elektron um einen Kern bewegt, werden Sie eine Kraft wie in einem Karussell spüren. Die Kraft zieht dich nach außen, aber wenn die Verbindung zum Karussell gekappt wird, fliegst du tangential vom Wendekreis weg. Wenn Sie eine Kraft spüren, befinden Sie sich unter Beschleunigung, und daher ist eine kreisförmige Bewegung (mit Ausnahme der Bewegung im freien Raum um einen massiven Körper) eine Beschleunigung.

Um es noch besser sichtbar zu machen, wenn Sie mit verbundenen Augen in einem Auto sitzen und der Fahrer beschleunigt oder nach rechts oder links abbiegt, können Sie zwischen dieser Beschleunigung und den Kurven entscheiden. Aber wenn während der Fahrt Ihr Autositz um 90° gedreht wird, nennen Sie die Kurven fälschlicherweise Beschleunigung und Bremsen; und die Beschleunigungen, die Sie in den Kurven spüren werden. In Wirklichkeit könnten Sie mit verbundenen Augen Ihren Erlebnissen nicht mehr folgen und die Kreisbewegung ist nicht mehr von der linearen Beschleunigung entscheidbar.

Aber warum strahlt eine Ladung Energie ab, wenn sie beschleunigt wird?

Was Sie erwähnen, wurde herausgefunden, als sich Elektronen in einem Magnetfeld bewegen. In dem Fall, dass die Flugbahn des Elektrons senkrecht zum Magnetfeld ist, erfährt das Elektron eine Kurve, die sowohl zum Magnetfeld als auch zu seiner Bewegungsrichtung senkrecht ist. Es wurde beobachtet, dass das Elektron diesmal Photonen aussendet und seine kinetische Energie abnimmt. Die Flugbahn des Elektrons wird zu einer Spiralbahn, bis die kinetische Energie vollständig in Strahlung umgewandelt wird und das Elektron in der Mitte der Spiralbahn stoppt.

Kein Seil oder Magnetfeld im Falle des Kerns und des Elektrons; das Elektron konnte einfach nicht um den Kern kreisen und Bohrs Modell wurde verworfen.