und sie befinden sich an entgegengesetzten Enden des elektromagnetischen Spektrums, warum kann Licht dann nicht durch Wände dringen, die genau in der Mitte des Spektrums liegen?
Diese Frage wurde hier schon gestellt . Ich bin jedoch nicht ganz zufrieden mit der Antwort auf dieser Seite, die sich auf phantasievolle Analogien und Metaphern von Ameisen, Elefanten usw. stützt. Ich suche nach einer besseren Erklärung.
Ich denke, der springende Punkt und mein Dilemma bezieht sich auf die Formel für die Eindringtiefe . Dies ist eine bekannte Formel, die verwendet wird, um die Tatsache zu erklären, dass niederfrequente Wellen eine stärkere Durchdringung haben als hochfrequente Wellen.
Aber wie kommt es dann, dass Gammawellen eine so hohe Durchdringung haben?
Gibt es einige Annahmen hinter der Ableitung dieser Formel, die brechen, wenn wir sehr hochfrequente Wellen betrachten?
Oder gibt es einige neue Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, wenn wir uns in den Hochfrequenzbereich bewegen?
Wenn eine Radioquelle und eine Gammaquelle gleicher Intensität gegeben sind, hat dann die Radioquelle eine bessere Durchlässigkeit als die Gammaquelle pro Formel für die Eindringtiefe ? Wenn nein, warum nicht?
Vielen Dank für alle, die Antworten auf diese Frage gepostet haben. Die vorgeschlagene Antwort lautet, dass Lichtwellen die richtige Energie haben, um mit Atomen und Elektronen in der Materie zu interagieren und somit absorbiert zu werden. Dies ist eine quantenmechanische Erklärung. Die Skintiefe hingegen wird rein auf Basis der klassischen Elektrodynamik abgeleitet. Ich sehe also, dass hier zwei Mechanismen am Werk sind? Ist jemand damit einverstanden? Wenn dies der Fall ist, ist die Nettoabsorption die Summe der Absorption aufgrund des Skin-Effekts + Absorption aufgrund der Atomphysik. Wenn wir nun Gammastrahlen nehmen - vereinbart, wird es keine Absorption aufgrund der Atomphysik geben, aber es sollte eine Absorption in Übereinstimmung mit dem Skin-Effekt geben. Und damit komme ich zurück zum ursprünglichen Problem.
Photonen interagieren mit Materie, wenn die Materie Quantenübergänge bietet, die der Energie des Photons im Trägheitssystem der Materie entsprechen oder nahezu entsprechen. Gewöhnliche Materie wie Holz, Stein usw. bietet mehrere Gruppen möglicher Quantenübergänge.
Mikrowellen haben eine so niedrige Energie, dass sie nicht viel bewirken können, obwohl sie einige Arten von Schwingungen auf größeren schlafferen Molekülen anregen könnten - jedoch ist jede Art von Molekül, die als "schlaff" bezeichnet werden könnte, wahrscheinlich nicht gut für Baumaterialien. Rotationsmoden sind in einem starken Material aus vernetzten Polymeren oder Silikaten nicht möglich. Mikrowellen fliegen also meistens direkt durch.
Nahinfrarot- und sichtbares Licht können Elektronen in höhere Molekülorbitale werfen. Auch wenn die Energien nicht übereinstimmen, nur knapp, gibt es Interaktion, da Heisenberg sie vorübergehend schummeln lässt. Außerdem können Photonen des sichtbaren Lichts, da sie mehr Energie haben, eine größere Vielfalt an Schwingungsmoden hervorrufen. Es gibt nichts in gewöhnlichen Wandmaterialien, um dies zu verhindern, und tatsächlich ist die Wechselwirkung mit Photonen so stark, dass das Material, wenn es nicht superdünn (Mikrometer) ist, undurchsichtig wird. Glas ist natürlich eine Ausnahme.
Gammastrahlen haben eine so hohe Frequenz, dass Elektronen (oder Ionen oder polarisierte Enden von Molekülen) aufgrund ihrer Trägheit nicht mithalten können - also keine Wechselwirkung oder nur wenig. Bei den richtigen Frequenzen können Gamma-Photonen mit Kernen interagieren, aber für eine zufällig ausgewählte Quelle von Gammas passen ihre Photonen wahrscheinlich nicht genau genug zu einer der verfügbaren Kernanregungen und können auf molekularer Ebene nicht wirklich viel bewirken - daher , das Material ist fast durchsichtig.
Das ist alles so vereinfacht...
Die anthropozentrische Erklärung lautet: Wenn sichtbare Lichtstrahlen Holz oder Putz durchdringen könnten, würden wir keine Wände aus Holz oder Putz bauen.
Ich denke, das ist auch ein Fall von "alles andere gleich" ist nicht gleich. Bei ausreichend niedriger Frequenz durchdringen Radiowellen eine praktisch beliebige Dicke von Blei ( Skin-Effekt ), da Radiowellen eine ausreichend niedrige Energie (im Sinne der Planckschen Formel) haben, dass sie Elektronen gleichzeitig anregen und Ströme induzieren können, ohne absorbiert / gestreut zu werden (Die Energie, die sie vorübergehend auf das Metall übertragen, wird durch Induktion zurückgegeben).
Andererseits stoppt 1 cm Blei einiges an Gammastrahlen, weil Gammastrahlen genug Energie haben, um die Energieniveaus im Material zu füllen, und noch einiges mehr. Dies kann anders ausgedrückt werden, wenn man sich den Streuquerschnitt von Gammastrahlen ansieht, die mit Bleiatomen wechselwirken.
Nun, irgendwo in der Mitte des Spektrums liegt sichtbares Licht, und es ist aufschlussreich zu fragen, warum sichtbares Licht einige Materialien durchdringt und andere nicht. Auch hier ist die Antwort (fast) dieselbe. Ein Material wie Blei hat unbesetzte (Elektronen-) Energieniveaus, die genau richtig sind, so dass, wenn sichtbares Licht auf das Material einfällt, Elektronen auf diese Niveaus befördert werden können, wenn das Licht absorbiert wird. Ein Material wie Glas hat eine große "Lücke" oder das Fehlen von Energieniveaus, sodass Elektronen viel mehr Energie aufnehmen müssen, bevor sie diese Niveaus bevölkern können. Wenn sie nicht genug Energie gewinnen, um in diese Ebenen zu gelangen, werden sie die Energie einfach nicht absorbieren. Wenn sie es tun, werden sie es tun (weshalb Glas für UV-Licht weitgehend undurchlässig ist).
Das einzige, was die verschiedenen Teile des elektromagnetischen Spektrums wirklich dazu bringt, sich unterschiedlich zu verhalten, ist die Verfügbarkeit von Energieniveaus in den meisten Materialien. Radiowellen und Mikrowellen und fernes Infrarot und dergleichen haben nicht genug Energie, um atomare Energieniveaus anzuregen (jedoch können sie Schwingungsenergieniveaus anregen). Nahes IR- und sichtbares Licht kann atomare Energieniveaus anregen, während UV- und Röntgenstrahlen Atome ionisieren können. Röntgenstrahlen haben genug Energie, um über die Ionisierung hinaus strukturelle (kinetische) Schäden zu verursachen, während Gammastrahlen Kerne spalten können.
Ein hochenergetisches Elektron kann eine Wand durchdringen. Ein Bulldozer kann durch eine Wand fahren.
Aber ein kleiner Hund kann nicht durch eine Wand gehen.
Gleicher Unterschied.
Außerdem können Funkwellen keine Metallwand durchdringen, sondern nur eine Wand aus einem Isolator.
Gammastrahlen, die durch eine Wand gehen, beschädigen die Wand im mikroskopischen Maßstab, wie der Bulldozer. Licht ist energiereich genug, dass es sogar von einem Isolator "abprallt" (Radiowellen "prallen von" Metallwänden ab).
CMR