Wie erzeugen Radiowellen den Strom in der Antenne in Form von Photonen? Wenn es sich um Compton-Streuung handelt, warum ändert sich dann nicht die Frequenz der Photonen?
Eine elementare Erklärung auf Highschool-Niveau:
Der Strahl der Radiowellenphotonen ist kohärent, wie Wladimir sagte. Kohärent bedeutet, dass das elektrische und magnetische Feld jedes einzelnen Photons mit allen anderen eine feste Phase hat.
Wenn die Welle eine Antenne erreicht, werden einige der Photonen absorbiert, wodurch die Elektronen auf ein etwas höheres Energieniveau (Energie h*nu) im Leitungsband gebracht werden. Es ist also nicht Streuung, sondern Absorption, die den Strom mit der Frequenz des einfallenden Strahls erzeugt.
Es ist die Kohärenz, die bei der Absorption des Photons die Elektronen im Gleichschritt schiebt oder abstößt, so dass sich ein Strom aufbaut, der die Frequenz des auftreffenden Strahls hat.
Nein, es ist keine Compton-Streuung - die Elektronen in der Antenne sind nicht wirklich frei.
Eine Radiowelle ist ein Fluss kohärenter Photonen, sie wirken zusammen, nicht einzeln.
Jedes EMW bringt Ladungen in Bewegung, aber gebundene Ladungen können eine Arbeit leisten, sodass die einfallende Welle teilweise absorbiert werden kann.
Außerdem ist eine niederfrequente Compton-Streuung ziemlich dasselbe wie die klassische EMW-Streuung. Der "gestreute" Teil der resultierenden Welle hat also fast die gleiche Frequenz.
Der Strahl von Radiowellen mit kohärenten Photonen kann nur von MASER erzeugt werden. Ohne das haben Photonen keine korrelierten Phasen, z. B. besteht die berühmte 21-cm-Wasserstofflinie in der Radioastronomie nicht aus kohärenten Photonen. Für Radiowellen, die von gewöhnlichen Sendern erzeugt werden, ist die Situation sogar „schlechtesten“ – hier gibt es kaum eine strenge Rechtfertigung, Photonen mit einer Frequenz zu finden, die mit der Frequenz des Senders verwandt ist. Ich habe keine genauen Berechnungen, aber um den Grund des Problems zu verstehen, reicht es aus, sich daran zu erinnern, dass Funksender Wellen unterschiedlicher Form aussenden können und einfach durch die klassische Physik beschrieben werden, aber Photonen werden aufgrund des Quantenübergangs zwischen einigen Energieniveaus emittiert und es ist ein sehr unterschiedlicher Prozess. Schließlich wird das Photon per Definition über eine zeitabhängige Funktion wie beschrieben und wir dürfen keine „Dreiecks“-Photonen anstelle von „sinusförmigen“ Photonen emittieren, indem wir einen Sender mit elektrischem Strom mit kniffliger Zeitabhängigkeit verwenden.
Strom bewegt Elektronen. Ein Photon mit einer Frequenz gibt seine Energie an die Elektronen in der Antenne ab. Die erregten Elektronen wandern dann durch den Draht zum Radio mit der gleichen Frequenz, mit der die Photonen ihre Energie abgeben. Wenn das Photonenfeld, oder besser gesagt das elektromagnetische Feld, von positiv+ nach negativ- schwingt, wie bei dem Wechselstrom, der zur Erzeugung des Felds verwendet wird, erzeugt der Strom in der Empfangsantenne auch Strom oder bewegt Elektronen auf oszillierende Weise von + nach - nach Frequenz.
Die "Lieferung" der Energie von Photonen an Elektronen ist auf Einsteins photoelektrischen Effekt zurückzuführen.
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen