Wechselwirkungsrate des freien Elektrons mit Photonen aus dem Sonnenlicht

Mit wie vielen Photonen interagiert ein freies Elektron (zB im Sonnenlicht) pro Sekunde?

Ich habe eine grobe Berechnung durchgeführt, wobei ich annahm, dass das Elektron mit jedem Photon interagiert, das durch einen Bereich von der Größe des Thomson-Querschnitts eintritt, und dass das Licht monochromatisch mit einer Winkelfrequenz von 2x10^14 Hz und einem elektrischen Feld von 1000 Vm^-1 ist. Und die Leistung durch diese Fläche ist der Poynting-Vektor mal der Fläche. Dann ist die Wechselwirkungsrate die Leistung dividiert durch die Energie eines Photons:

Rate = ϵ 0 C E 0 2 2 ℏ ω 8 π 3 R e 2 ≈ 4 × 10 − 6 S − 1

Wo R e ist der klassische Elektronenradius. Aber das bedeutet, dass es 3 Tage dauert, um einmal zu interagieren, was nicht richtig klingt. Ich habe hier vielleicht eine schlechte Annahme oder so etwas gemacht.

Ich würde gerne wissen, ob dieser Ansatz gültig ist. Wenn nein, wo schlägt dieser Ansatz konzeptionell fehl und wie sollte er verbessert werden?

Ein möglicher Weg zur Beantwortung der Frage könnte darin bestehen, eine bekannte Berechnung der Wechselwirkungsrate zwischen freien Elektronen und Licht zu beschreiben und aufzuzeigen, wie sie mit diesem Problem in Verbindung gebracht werden kann.

Hallo Matt Majic und willkommen bei Physics.SE! Bitte beachten Sie, dass dies keine Hilfeseite für Hausaufgaben ist. Siehe Wie stelle ich Hausaufgabenfragen auf Physics Stack Exchange? und Sollten Fragen zur Überprüfung meiner Arbeit zum Thema gestellt werden? Beiträge auf Meta für weitere Informationen.
Ja, das ist keine Hausaufgabenfrage
Es ist eine Check-my-Work-Frage.
Nun, eigentlich ist die einzige Frage in der ersten Zeile, aber ok, sollte ich etwas von dem späteren Teil entfernen?
Wenn Sie eine konzeptionelle Frage haben, machen Sie weiter, aber ich weiß nicht, wie Sie das schaffen können. Wenn Sie den späteren Teil entfernen, könnte es sich um eine Frage vom Typ "Gleichung für mich ableiten" handeln. Versuche es so zu gestalten, dass es eine konzeptionelle Frage wird ;)
K danke hoffe das ist besser, wenn nicht kann ich nachbearbeiten

Antworten (2)

Das Elektron absorbiert die Photonen nicht, es streut sie. Die bei einer Wechselwirkung absorbierte Energie hängt vom Streuwinkel ab – dieser lässt sich mit der Compton-Formel für die Wellenlänge des gestreuten Photons bestimmen. Und das Elektron neigt dazu, unter verschiedenen Winkeln stärker zu streuen (proportional zum Thomson-Differentialwirkungsquerschnitt). Daraus habe ich herausgefunden, dass die Interaktionsrate eher einmal alle 30 Sekunden ist.

Die Streuleistung eines Elektrons ist gerecht N σ T , Wo N ist die einfallende Leistung pro Flächeneinheit und σ T ist der Thomson-Streuquerschnitt von 6.6 × 10 − 29 M 2 . Für sichtbares Licht müssen Quanteneffekte und Compton-Streuung nicht berücksichtigt werden.

Wenn jedes Photon eine Energie von hat H v oder H C / λ , dann ist die Rate der streuenden Wechselwirkungen

R = N σ T λ H C   .
Für Sonnenlicht auf der Erde, N ∼ 1300 W m − 2 und von λ = 500 naja, dann R = 2 × 10 − 7 S − 1 oder einmal alle 50 Tage.

Ich stimme Ihnen nur in dem Sinne nicht zu, dass Ihre angenommene Frequenz für sichtbares Licht nicht korrekt ist.

Wechselwirkungsrate des freien Elektrons mit Photonen aus dem Sonnenlicht
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