Was ist der Unterschied zwischen einem Körper, der das auf ihn fallende Licht einfach reflektiert, und einem Körper, der es absorbiert und emittiert (wie ein schwarzer Körper im thermischen Gleichgewicht)?
Wie kann man diese beiden Szenarien experimentell durch einfache Messungen unterscheiden? (Ich denke, dass reflektiertes und durchgelassenes Licht die Temperatur des Körpers nicht ändern, während emittiertes und absorbiertes Licht dies tun. Ist dies korrekt und ist es möglich, den Unterschied zwischen Emission und Reflexion anhand dieser Informationen experimentell zu bestimmen?)
Und was sind die Mechanismen hinter Reflexion und Emission? (Ich denke, die Emission hängt mit den Elektronenübergängen zusammen. Aber wie entscheidet ein Photon, ob es reflektiert oder übertragen wird, wenn es nicht absorbiert wird?)
Wenn ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:
Bei der elastischen Streuung behält das Photon seine Energie und ändert den Winkel
Bei der inelastischen Streuung gibt das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert dabei den Winkel
Absorption, das Photon gibt seine gesamte Energie an das Atom ab, und das absorbierende Elektron bewegt sich gemäß QM auf ein höheres Energieniveau
Jetzt fragen Sie, was der Unterschied zwischen Absorption und Reflexion ist, also elastischer Streuung:
Absorption wird die Phase des Photons ändern, das Photon wird zu existieren beginnen und seine gesamte Energie wird an das Atom abgegeben, und das Atom wird ein neues Photon oder mehr emittieren, das ein anderes Energieniveau und eine andere Phase haben könnte.
Reflexion, dh elastische Streuung, ändert die Energie des Photons nicht und gibt Ihnen ein echtes Spiegelbild. Echte Spiegelbilder behalten nicht nur die Energie der einzelnen Photonen, sondern auch die Phase der Photonen relativ zueinander, sodass sich der relative Winkel der Photonen nicht ändert. So bleibt ein Spiegelbild erhalten.
Absorption und Reemission geben Ihnen einen geänderten Winkel, genau wie Reflexion, aber die Änderung des Winkels ist für jedes Photon unterschiedlich. Das Problem bei Absorption und Reemission besteht darin, dass die Relaxation des Elektrons in mehreren Schritten erfolgen kann, die als Kaskaden bezeichnet werden, und daher kann die Energie des ursprünglichen Photons anders sein als die Energie des emittierten Photons, da es zwei oder mehr Photonen geben wird ausgesendet.
Jetzt fragen Sie, wie Sie experimentell unterscheiden können, indem Sie die Energie und Phase der ursprünglichen Photonen und des reflektierten / erneut emittierten Lichts überprüfen und ob das zurückkommende Licht diffus oder spiegelnd ist:
bei der reflexion ist das reflektierte licht immer spiegelbildlich, also spiegelbildlich, das heißt, der relativwinkel der photonen bleibt gleich.
bei Absorption und Reemission ist die Reemission diffus, das heißt, der relative Winkel der Photonen ist zufällig.
Sie fragen, wie das Atom entscheiden wird, ob es reflektiert oder absorbiert. Das ist die Frage, wie wird das Atom entscheiden, ob es das Photon elastisch streut oder absorbiert:
Wenn die Energie des Photons mit der Differenz zwischen den Energieniveaus des Atoms übereinstimmt, wird das Atom das Photon mit hoher Wahrscheinlichkeit absorbieren.
Wenn die Energie des Photons niedriger oder höher ist als die Differenz zwischen den Energieniveaus des Atoms, kann das Photon mit hoher Wahrscheinlichkeit vom Atom gestreut werden.
Es handelt sich um inelastische Streuung, die Schwingungsenergien auf die Moleküle überträgt, wenn die Photonenenergie höher ist als die Differenz der Energieniveaus des Atoms. Es handelt sich um eine elastische Streuung, dh Reflexion, wenn die Photonenenergie kleiner ist als die Differenz der Energieniveaus des Atoms. Daher wird die Entscheidung basierend auf der Art des Materials und der Energie des Photons getroffen.
In beiden Fällen ist Licht, das auf ein Objekt fällt, ein vibrierendes elektromagnetisches Feld. Dies bringt Elektronen im Objekt zum Schwingen und kann sie energetischer machen.
Ein Spiegel ist ein glattes Objekt mit freien Elektronen. Licht bringt sie zum Schwingen. Schwingende Elektronen werden beschleunigt. Beschleunigte Elektronen strahlen. Bei einem Spiegel ist die Strahlung dieselbe wie die einfallende Strahlung, jedoch in einer anderen Richtung. Wenn die Oberfläche nicht glatt ist, sind es viele kleine Spiegel in viele Richtungen.
In manchen Objekten gibt Licht den Elektronen Energie, und die Elektronen geben die Energie an Atome um sie herum weiter. Dadurch schwingen die Atome stärker und werden heißer. Die Energie wird zufällig herumgereicht. In einigen Fällen senden energiereiche Elektronen Strahlung aus. In diesem Fall ist die emittierte Strahlung nicht so direkt an die einfallende Strahlung gebunden. Die ausgehende Strahlung hängt hauptsächlich von der Temperatur des Objekts ab.