Wellenlänge und Durchdringung durch EM-Strahlung

Da ein Kommentar zu kurz für dieses Thema ist, schreibe ich eine Antwort, mit der notwendigen Prämisse, dass es nur um diese Beobachtung geht (es könnte also keine vollständige Antwort auf Ihren Beitrag sein):

Ich denke, wir müssen die Leistung des Emitters reduzieren, wenn wir die Wellenlänge verkürzen, korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege.

Es muss eine klare Unterscheidung getroffen werden

• Ein Thema der Quantenmechanik: Photonen. Jeder von ihnen repräsentiert ein Quantum Energie,$E = h \nu$Joule, wenn das elektromagnetische Feld eine Sinuswelle mit Frequenz ist$\nu$. Das beobachtete elektromagnetische Feld ist ein kontinuierlicher Fluss dieser Quanten. Mit anderen Worten, wenn eine elektromagnetische Welle beobachtet wird, ist es so, als wären alle ihre Photonen aneinander geklebt.
• Ein klassisches Theoriethema von Maxwell: Energie. Die "globale" Energie, die von einem elektromagnetischen Feld getragen wird, wird normalerweise als bezeichnet$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$(Joule pro Volumeneinheit). Lassen Sie eine elektromagnetische Welle durch ein bestimmtes Volumen gehen$V$des dreidimensionalen Raums: Wenn Sie die gesamte von der elektromagnetischen Welle gelieferte Energie in das Volumen absorbieren könnten$V$, würden Sie absorbieren$u \cdot V$Joule Energie.

Bei Photonen geht es darum , wie die elektromagnetische Energie geliefert wird: Sie wird durch getrennte "Teilchen" (Fragmente) geliefert, die Photonen genannt werden, von denen jedes eine Menge trägt$h \nu$von Energie. Wenn Sie Energie aus dem elektromagnetischen Feld absorbieren, können Sie nur ein ganzzahliges Vielfaches davon absorbieren$h \nu$Joule pro Zeit , da Sie nur eine diskrete Anzahl von Photonen sammeln können .

Wenn Sie stattdessen die Feldamplitude auswerten$| \mathbf{E} |$, Sie beziehen sich auf die gesamte Menge der Photonen, die Sie empfangen, mit ihren globalen Eigenschaften. Sie interessieren sich nicht für die Körnigkeit dieser Energie (das minimale "Quantum" an Energie, das Sie absorbieren können), sondern für das Verhalten der gesamten Welle, die durch das Feld dargestellt wird. Diese Welle ist in der Lage, ein Volumen zu füllen$V$mit einer globalen Menge an Energie$u \cdot V$Joule (Sie wissen vielleicht, dass diese Menge$u \cdot V$wird dort von Fragmenten getragen$h \nu$Joule, aber das interessiert Sie jetzt nicht).

Die globale Energie$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$geht es um die Anzahl der gelieferten Photonen,$E = h \nu$ist ungefähr die Energiemenge, die von einem einzelnen Photon getragen wird. Wenn Sie eine Menge von$A$Joule Energie können Sie mit einer großen Anzahl niederenergetischer (also niederfrequenter) Photonen oder mit einer kleinen Anzahl hochenergetischer (hochfrequenter) Photonen erhalten. Aber die endgültige Menge an Energie wird immer sein$A$Joule.

Also, ja, ein elektromagnetisches Feld mit einem großen$| \mathbf{E} |$ist wie eine "Saite", die eine große Schwingung hat: Sie kann eine große Menge Energie liefern. Wenn Sie die globale Energie der Welle auswerten, fragen Sie sich nicht, wie groß ihre Fragmente sind: Sie interessieren sich nur für ihre Endsumme.

Eine hochfrequente Schwingung ist nur insofern energetischer, als ihre Energiefragmente, die Photonen , größer sind.

Angenommen, Sie können zwei Felder generieren:

• ein sinusförmiges Feld bei der Frequenz$\nu_1$;
• ein sinusförmiges Feld bei der Frequenz$\nu_2 \gg \nu_1$.

Sie wollen mit ihnen das Volumen füllen$V$mit globaler Energie

Dies gelingt nur, wenn beide Felder, unabhängig von der Frequenz und damit unabhängig davon, wie energiereich ihre Photonen sind , eine quadrierte Amplitude haben

Entschuldigung, wenn es lang geworden ist, ich hoffe trotzdem, es war ein wenig nützlich.

Bearbeiten 1 : Ihre Fragen sind alle sehr gut und absolut zulässig, aber ich denke, diese Diskussion wäre mit Grundkenntnissen des Elektromagnetismus sinnvoller. Sie können mit dem Coulombschen Gesetz beginnen . Diese Konzepte werden Ihre Zweifel zwar nicht ausräumen, aber sie werden Sie fähiger machen, damit umzugehen, auch in Bezug auf das verlinkte Dokument .

Die Photonen aus dem zweiten Feld [bei Frequenz ]$v_2$sind jedoch "größer", wie Sie sagten. Wille$v_2$mehr Energie transportieren?

Nein, denn die globale Energie innerhalb des Volumens$V$Ist$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. Die Anzahl der Photonen im Volumen$V$so ist, dass die Summe ihrer einzelnen Energien ist$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$: Dies ist unabhängig von ihrer Frequenz und kann sowohl für das Feld als auch für die Frequenz geschehen$\nu_1$und das Feld bei der Frequenz$\nu_2$. Was sich ändert, ist stattdessen die Anzahl der Photonen. Das Feld bei Frequenz$\nu_1$müssen innerhalb des Volumens senden$V$ mehr Photonen als das Feld bei Frequenz$\nu_2$um die gleiche Energiemenge zu erreichen$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$, weil jedes einzelne Photon eine Frequenz hat$\nu_1$tragen bei Frequenz weniger Energie als die Photonen$\nu_2$. Aber die globale Energie ist in beiden Fällen$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. Und das ist ein erwartetes Ergebnis, in diesem Fall nicht seltsam.

Bearbeiten 2 und Haftungsausschluss: Diese Konzepte sind extrem komplexer als diese triviale, naive, elementare Beschreibung. Die hier verwendete Sprache soll nur das Verständnis erleichtern: Sie ist weder streng noch erschöpfend und erhebt nicht den Anspruch, eine quantenmechanische Darstellung dieses Problems zu sein. Diese Antwort zielt nur darauf ab, eine geeignete und qualitative Sprache für das OP zu verwenden.

Bearbeiten 3 : Diese Antwort und die ursprüngliche Frage wurden abgelehnt. Das ist wenn

der Beitrag enthält falsche Informationen, ist schlecht recherchiert oder vermittelt keine Informationen

Zusammen mit dem OP tun wir unser Bestes, um eine legitime und sinnvolle Frage zu beantworten. Wenn ein Hinweis gegeben würde, was wir noch verbessern können, könnte das nützlich sein.

Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 400-700nm.

Gammastrahlen haben eine Wellenlänge von 10^-12m.

Aus klassischer Sicht ist eine Oberfläche reflektierend, wenn sie glatt genug ist und wenn die Wellenlänge viel größer ist als die molekulare und atomare Struktur. In diesem Fall sind die Atome für sichtbares Licht viel kleiner als die Wellenlänge, und daher sieht die Oberfläche für sichtbares Licht glatt aus. So kann es klassisch modelliert werden, und je nach Material könnte Licht sein:

1. absorbiert,

2. von vielen Punktquellen dekohärent reflektiert

3. kohärent reflektiert in elastischer Streuung (Spiegel)

Wenn Sie Gammastrahlen aufnehmen, müssen Sie die Mikroebene und QM verwenden, denn wenn Sie versuchen, auf der Mikroebene zu sehen, ob die Oberfläche für Wellenlängen von 10 ^ -12 m noch glatt ist, werden Sie feststellen, dass sie nicht glatt ist.

Es kann also nicht klassisch modelliert werden, und Sie müssen QM für Gammastrahlen verwenden.

Der Abstand zwischen den Atomen beträgt einige Zehntel Nanometer, sodass er für sichtbares Licht (400–700 nm) glatt erscheint.

Aber für Gammastrahlen sehen sie klassischerweise meist leeren Raum zwischen den Atomen. Deshalb gehen höhere Frequenzen in das Material ein, weil sie den leeren Raum sehen.

Sie müssen also QM und die Heisenberg-Unschärferelation verwenden, Gammastrahlen-Photonen sehen leeren Raum.

Diese Zusammenfassung, insbesondere die folgende Tabelle, geht aufschlussreich auf Ihre Frage ein:

Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

PS wurde als Antwort und nicht als Kommentar gepostet, um das obige Diagramm im Falle einer Linkfäule zu erhalten.

Gammastrahlen sind weitaus durchdringender als Alpha- und Betastrahlen. Allerdings dringen sie im Vergleich zu optischen Strahlen nicht sehr tief in Materialien ein. Das liegt daran, dass sie Elektronen unelastisch abstreuen. Sie dringen tiefer in Metalle ein als optische Strahlen, die durch das Phänomen der Plasmaoszillation gestoppt werden. Gammastrahlen verlieren in Blei nach nur einem cm oder weniger die Hälfte ihrer Leistung. Natürlich ist für eine sehr intensive Gammaquelle eine dicke Bleischicht erforderlich, um die Intensität auf das sehr niedrige sichere Niveau zu reduzieren.